OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE PLANTAS DE

Transcripción

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE PLANTAS
DE TRATAMIENTO DE LODOS ACTIVADOS
27 al 31 de julio de 2009
Cuernavaca, Morelos
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE LODOS
ACTIVADOS
Material tecnodidáctico
PROGRAMA PARA EL FORTALECIMIENTO DE CAPACIDADES DEL SECTOR
HÍDRICO 2009
Proyecto DP-0916.3
EDICIÓN TECNOLÓGICA
Autores:
Dra. Gabriela Moeller Chávez
M. en I. Luciano Sandoval Yoval
M. en I. Esperanza Ramírez Camperos
M. en C. Lina Cardoso Vigueros
M. en C. Violeta E. Escalante Estrada
M. en C. Ana Cecilia Tomasini Ortiz
EDICIÓN TECNOLÓGICO EDUCATIVA
Tratamiento pedagógico:
Mtro. Joaquín Flores Ramírez
DISEÑO GRÁFICO
Diseño editorial:
Téc. Rodrigo Vargas Tapia
Diseño de portada:
Iltmo. D. Óscar Alonso Barrón
Septima edición: julio 2009
© Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Reservados todos los derechos. Prohibida su reproducción parcial o total por cualquier
medio, mecánico, eléctrico, de fotocopia, térmico u otros sin permiso del editor.
Paseo Cuauhnáhuac Núm. 8532, Progreso, Jiutepec, Morelos, México
C.P. 62550
Tel. (777) 329-3600 Ext. 111
Fax (777) 329-3672
Hecho en México
Printed in Mexico
PROGRAMA DIDÁCTICO
OPERACIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE LODOS ACTIVADOS
OBJETIVOS GENERALES:
Al término del curso – taller el participante:
• Comprenderá los tipos de contaminantes que hay, los parámetros de calidad, los aspectos básicos de la
microbiología y los diferentes procesos de tratamiento de agua residual.
• Comprenderá los tipos, características y dinámica de la población microbiana existente en el tratamiento
biológico de aguas residuales.
• Comprenderá los métodos, técnicas y condiciones que debe tomar en cuenta para la adecuada
operación de una planta de lodos activados.
• Comprenderá las características y propiedades de los equipos y sistemas de aereación que se pueden
utilizar en el tratamiento de aguas residuales.
• Comprenderá la importancia, características, normatividad vigente, así como diversos tratamientos
sobre lodos residuales.
FECHA: 27 al 31 de julio 2009
HORAS: 40
SEDE:
INSTRUCTOR (ES):
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
M. en I. Luciano Sandoval Yoval
M. en I. Esperanza Ramírez Camperos
M en C. Ana Cecilia Tomasini
REQUISITOS:
• Personal con conocimientos en plantas de tratamiento.
DIRIGIDO A:
• Gerentes de mantenimiento, ingenieros y técnicos responsables de la operación de plantas de
tratamiento, jefes de protección ambiental y/o ecológica.
CONTENIDO
OBJETIVOS PARTICULARES
Al finalizar el tema el participante será capaz de:
1. ASPECTOS GENERALES DEL TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES.
•
•
•
•
Comprenderá los tipos de contaminantes, los
fenómenos que se presentan y los métodos para
su control.
Comprenderá los parámetros físicos, químicos y
biológicos que se deben considerar en el análisis
de agua residual.
Comprenderá los tipos de metabolismo y
microorganismos que se presentan en aguas
residuales.
Comprenderá la clasificación y características de
los tres procesos de tratamiento de agua
residual.
2. INTRODUCCIÓN AL TRATAMIENTO DE
AGUAS RESIDUALES POR EL PROCESO DE
LODOS ACTIVADOS.
•
El participante conocerá, de manera breve, los
antecedentes históricos sobre el proceso de
lodos activados.
3. MICROORGANISMOS Y FACTORES
AMBIENTALES.
•
Conocerá
los
diferentes
tipos
de
microorganismos existentes en los procesos
biológicos de tratamiento de aguas residuales.
Comprenderá la dinámica de la población
microbiana en un reactor de lodos activados.
Aplicará los conocimientos adquiridos en la
observación de diferentes microorganismos.
•
•
CONTENIDO
4. CONCEPTOS BÁSICOS Y VARIANTES AL
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS.
•
•
5. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS DE
PROCESO.
•
•
6. FUNDAMENTOS Y CONTROL DE LA
OPERACIÓN.
•
•
7. MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO. •
•
OBJETIVOS PARTICULARES
Conocerá los componentes, características y
variantes de operación del proceso de lodos
activados.
Comprenderá los factores que ha de considerar
para la correcta operación de una planta de
lodos activados.
Conocerá las principales características de los
equipos que se utilizan en los sedimentadores
primarios y secundarios.
Comprenderá la importancia, las características y
las formas de operación de los sistemas de
aereación que se utilizan en las de lodos
activados.
Comprenderá los métodos que se deben utilizar
para un adecuado monitoreo del proceso
biológico de tratamiento.
Comprenderá las diferentes técnicas que le
permitan un adecuado control del proceso de
tratamiento.
Conocerá los registros de operación para llevar
un control de las actividades que se realizan en
la planta de tratamiento para cumplir con los
requerimientos establecidos.
Conocerá los elementos que se deben tener en
cuenta al implementar un programa adecuado de
mantenimiento de las instalaciones y del equipo
electromecánico de una planta de tratamiento.
8. NORMATIVIDAD APLICADA A EL
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.
•
Al término del tema, el participante conocerá la
legislación, criterios, requerimientos y normas
referentes a aguas residuales en México.
9. HIGIENE Y SEGURIDAD.
•
Al término del tema, el participante comprenderá
las diferentes acciones que deben llevarse a
cabo para implementar medidas de seguridad e
higiene en una planta de tratamiento de lodos
activados.
10. MANEJO DE LODOS RESIDUALES.
•
Conocerá los tipos y las características del lodo
residual, así como la normatividad vigente para
su uso o disposición.
Comprenderá los métodos de espesamiento y
las diversas tecnologías que se pueden utilizar
para la estabilización de los lodos residuales
para su uso como biosólido.
•
PROGRAMA DE ACTIVIDADES
LUNES 27 DE JULIO
Registro de participantes
Inauguración
Dinámica de grupo
Video del IMTA
Aspectos generales del tratamiento de aguas residuales.
Contaminación del agua y su control
Parámetros de calidad del agua
RECESO
Aspectos básicos de la microbiología del agua residual
Video de tratamiento de aguas residuales
COMIDA
Procesos de tratamiento del agua residual. Fisicoquímicos
Procesos de tratamiento del agua residual. Biológicos aerobios
RECESO
Procesos de tratamiento del agua residual. Biológicos aerobios
Todos
Representantes del IMTA
Todos
09:00 – 09:15
09:15 – 09:25
09:25 – 09:45
09:45 – 10:10
MC. Cecilia Tomasini
10:10 – 11:11
11:00 – 12:00
12:00 – 12:15
Todos
12:15 – 13:15
13:15 – 13:30
13:30 – 14:30
14:30 – 15:00
15:00 – 16:15
16:15 – 16:30
“
16:30 – 18:00
MARTES 28
Introducción al tratamiento de aguas residuales por el proceso
de lodos activados
Microorganismos y factores ambientales
09:30 – 11:00
11:00 – 11:15
RECESO
Práctica y análisis de resultados
Descripción del proceso IMTA
Descripción de procesos
M.I. Luciano Sandoval
COMIDA
Conceptos básicos y variantes del proceso de lodos activados
Factores relacionados con el proceso
11:15 – 12:30
12:30 – 13:00
13:00 – 13:30
13:30 – 14:30
14:30 – 15:00
15:00 – 16:00
16:00 – 16:15
RECESO
Indicadores visuales
Indicadores analíticos
09:00 – 09:30
16:15 – 17:00
17:00 – 18:00
MIÉRCOLES 29
Tipos de lodos
Generación de lodos
M.I. Esperanza Ramírez
11:00 – 11:15
RECESO
Espesamiento y deshidratación de lodos
Métodos de estabilización
14:30 – 17:00
17:00 – 17:15
RECESO
Discusión de práctica
11:15 – 12:45
12:45 – 13:30
13:30 – 14:30
COMIDA
Práctica de composteo
09:00 – 09:45
09:45 – 11:00
17:15 – 18:00
09:00 – 09:30
09:30 – 10:30
JUEVES 30
Descripción de equipos
Muestreo
10:30 – 10:45
RECESO
Práctica de indicadores visuales
Práctica de muestreo
13:30 – 14:30
COMIDA
Análisis de resultados
Control del proceso
14:30 – 15:30
15:30 – 16:00
16:00 – 16:15
RECESO
Taller de cálculos
10:45 – 12:00
12:00 – 13:30
16:15 – 18:00
09:00 – 09:30
09:30 – 10:30
VIERNES 31
Análisis de los resultados del taller de cálculos
Problemas comunes y acciones correctivas
10:30 – 10:45
RECESO
Manual de operación y mantenimiento
Elaboración de manuales
Análisis de manuales
14:00 – 15:00
COMIDA
Higiene y seguridad
Normatividad aplicada a el tratamiento de aguas residuales
Clausura
10:45 – 12:00
12:00 – 13:00
13:00 – 14:00
Dra. Gabriella Moeller
Todos
15:00 – 15:30
15:30 – 17:00
17:00 – 17:30
CONTENIDO
TEMÁTICO
1
ASPECTOS GENERALES DEL
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
2
INTRODUCCIÓN AL TRATAMIENTO DE
AGUAS RESIDUALES POR EL PROCESO
DE LODOS ACTIVADOS
3
MICROORGANISMOS Y FACTORES
AMBIENTALES
4
CONCEPTOS BÁSICOS Y VARIANTES AL
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS
5
DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS DE
PROCESO
6
FUNDAMENTOS Y CONTROL DE LA
OPERACIÓN
7
MANUAL DE OPERACIÓN Y
MANTENIMIENTO
8
NORMATIVIDAD APLICADA A EL
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
9
HIGIENE Y SEGURIDAD
10
MANEJO DE LODOS RESIDUALES
ANEXOS

BIBLIOGRAFÍA
ÍNDICE
1. ASPECTOS GENERALES DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.............. 17
1.1 Contaminación del agua y su control ................................................................... 17
1.1.1 Tipos de contaminantes .................................................................................... 17
1.1.2 Vertido de aguas residuales .............................................................................. 20
1.1.3 Autodepuración de lagos................................................................................... 21
1.1.4 Control de la contaminación .............................................................................. 22
1.2 Parámetros de calidad del agua............................................................................ 24
1.2.1 Características físicas ....................................................................................... 25
1.2.2 Características químicas ................................................................................... 26
1.2.3 Características biológicas.................................................................................. 28
1.3 Aspectos básicos de la microbiología del agua residual ................................... 28
1.3.1 Tipos de metabolismo ....................................................................................... 28
1.3.2 Tipos de microorganismos ................................................................................ 29
1.3.2.1 Virus........................................................................................................... 30
1.3.2.2 Bacterias .................................................................................................... 31
1.3.2.3 Hongos....................................................................................................... 32
1.3.2.4 Algas .......................................................................................................... 32
1.3.2.5 Protozoarios ............................................................................................... 34
1.3.2.6 Formas superiores de vida......................................................................... 35
1.4 Procesos de tratamiento del agua residual.......................................................... 35
1.4.1 Clasificación de métodos de tratamiento........................................................... 36
1.4.1.1 Procesos físicos ......................................................................................... 36
1.4.1.2 Procesos químicos..................................................................................... 38
1.4.1.3 Procesos biológicos ................................................................................... 40
Sistemas aerobios ............................................................................................. 41
Sistemas anaerobios ......................................................................................... 71
1.4.1.4 Ventajas y desventajas de los procesos aerobios anaerobios ................... 86
AUTOEVALUACIÓN DE L CAPÍTULO 1 .......................................................................... 90
2. INTRODUCCIÓN AL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES POR EL
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS ................................................................................ 93
2.1 Historia del proceso de lodos activados .............................................................. 95
2.2 Lodos activados en México ................................................................................... 95
AUTOEVALUACIÓN DEL CAPÍTULO 2 ........................................................................... 99
3. MICROORGANISMOS Y FACTORES AMBIENTALES .............................................. 101
3.1 Tipos de microorganismos.................................................................................. 102
Virus ......................................................................................................................... 102
Bacterias .................................................................................................................. 103
Morfología bacteriana .......................................................................................... 103
Protozoarios ............................................................................................................. 105
Protozoarios flagelados........................................................................................ 105
Sarcodina............................................................................................................. 105
Ciliados ................................................................................................................ 105
Rotíferos................................................................................................................... 107
Nemátodos ............................................................................................................... 109
Hongos..................................................................................................................... 112
3.2 Dinámica de la población .....................................................................................112
3.3 Uso del microscopio .............................................................................................114
Microscopio compuesto ............................................................................................115
Procedimientos para el uso del microscopio.............................................................117
Recomendaciones para su manejo...........................................................................118
AUTOEVALUACIÓN DEL CAPÍTULO 3 ..........................................................................119
4. CONCEPTOS BÁSICOS Y VARIANTES AL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS ...121
4.1 Descripción del proceso.......................................................................................121
Componentes del sistema de lodos activados ..........................................................121
4.2 Variantes al proceso de lodos activados ............................................................122
Flujo pistón................................................................................................................122
Completamente mezclado ........................................................................................123
Estabilización – contacto...........................................................................................123
Aeración extendida ...................................................................................................124
Zanjas de oxidación ..................................................................................................125
Alimentación escalonada (a pasos) ..........................................................................125
Aeración reducida .....................................................................................................126
Oxígeno puro ............................................................................................................126
Proceso Graus ..........................................................................................................127
4.3 Factores relacionados con el proceso ................................................................128
Concentración del agua cruda ..................................................................................128
Nutrientes..................................................................................................................129
Oxígeno disuelto (OD) ..............................................................................................129
Tiempo de retención .................................................................................................129
pH .............................................................................................................................130
Toxicidad...................................................................................................................130
Temperatura .............................................................................................................131
Mezcla.......................................................................................................................132
Gasto ........................................................................................................................132
5. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS DE PROCESO .....................................................135
5.1 Equipos en sedimentadores.................................................................................135
Sedimentadores primarios y secundarios .................................................................135
Sedimentadores circulares........................................................................................135
Sedimentadores rectangulares .................................................................................137
Rastra de cadenas ....................................................................................................138
Puentes viajeros .......................................................................................................139
5.2 Sistemas de aeración............................................................................................139
Aeradores mecánicos ...............................................................................................139
Consideraciones en la operación y mantenimiento...................................................143
Aeración por difusión ................................................................................................144
Difusores porosos .....................................................................................................145
Difusores no porosos ................................................................................................145
Otros sistemas de difusión........................................................................................146
Sopladores................................................................................................................148
6. FUNDAMENTOS Y CONTROL DE LA OPERACIÓN ................................................. 153
6.1 Monitoreo del proceso ......................................................................................... 153
Indicadores visuales................................................................................................. 154
Color .................................................................................................................... 154
Olor ...................................................................................................................... 154
Espuma................................................................................................................ 154
Algas .................................................................................................................... 155
Rocío en aeradores.............................................................................................. 155
Turbiedad del efluente ......................................................................................... 155
Burbujeo............................................................................................................... 155
Material flotante.................................................................................................... 155
Acumulación de sólidos ....................................................................................... 156
Trayectoria de flujos............................................................................................. 156
Turbulencia .......................................................................................................... 156
Tacto .................................................................................................................... 157
Indicadores analíticos............................................................................................... 158
Oxígeno disuelto (OD) ......................................................................................... 159
DBO5 .................................................................................................................... 160
DQO..................................................................................................................... 160
Prueba de consumo de OD.................................................................................. 161
SS y SSV ............................................................................................................. 161
Prueba de sedimentabilidad de 30 minutos ......................................................... 162
Nutrientes............................................................................................................. 163
pH ........................................................................................................................ 163
Grasas y aceites .................................................................................................. 163
Temperatura ........................................................................................................ 163
Observaciones microscópicas ............................................................................. 163
Profundidad del manto de lodos .......................................................................... 164
Acidez y alcalinidad.............................................................................................. 164
Gastos.................................................................................................................. 165
Tiempo de retención ............................................................................................ 166
Dosificación de productos químicos..................................................................... 166
Niveles y alturas de tanques ................................................................................ 166
6.2 Control del proceso.............................................................................................. 167
Índice volumétrico de lodos (IVL) ............................................................................. 167
Cargas: orgánica y de sólidos suspendidos ............................................................. 168
Relación alimento/microorganismos (A/M)............................................................... 168
Edad de lodos (tiempo medio de retención celular) ................................................. 172
Control del gasto de recirculación ............................................................................ 174
Control de la purga................................................................................................... 175
6.3 Taller de cálculos ................................................................................................. 176
6.3.1 Cálculos con referencia de S.R. Ramalho....................................................... 177
6.3.1.1 Sistema convencional .............................................................................. 177
6.3.1.2 Sistema de aeración extendida ................................................................ 180
6.3.2 Cálculos con referencia de Metclaf & Eddy ..................................................... 184
6.3.2.2 Sistema de aeración extendida ................................................................ 187
6.3.3 Índice volumétrico de lodos ............................................................................. 190
6.3.4 Consumo de oxígeno ...................................................................................... 191
6.3.4.2 Sistema de aeración extendida.................................................................192
6.3.5 Nutrientes.........................................................................................................193
6.3.5.1 Convencional ............................................................................................193
6.3.5.2 Aeración extendida ...................................................................................194
6.3.6 Resumen de resultados ...................................................................................195
6.4 Problemas comunes y acciones correctivas ......................................................195
Introducción ..............................................................................................................195
Técnicas generales ...................................................................................................196
6.5 Arranque de una planta de tratamiento de aguas residuales en su
modalidad de lodos activados ...................................................................................197
Preparación previa al arranque.................................................................................197
Análisis del agua residual .....................................................................................197
Revisión del equipo electromecánico ...................................................................198
Revisión hidráulica de los tanques .......................................................................200
Arranque ...................................................................................................................200
Arranque de una PTAR de Lodos Activados sin inóculo. .....................................200
Arranque de una PTAR de Lodos Activados con inóculo .....................................204
Transición del arranque ............................................................................................207
Problemas típicos en el arranque .............................................................................208
Espuma.................................................................................................................208
Problemas de sedimentación de lodos biológicos ................................................208
Baja remoción de DBO5 ........................................................................................209
Temperatura y condiciones climáticas desfavorables...........................................209
Equipos, materiales y reactivos para realizar la puesta en marcha ..........................209
Demanda bioquímica de oxígeno .........................................................................209
Demanda química de oxígeno ..............................................................................210
Oxígeno disuelto...................................................................................................210
pH .........................................................................................................................210
Turbiedad..............................................................................................................211
Determinación de sólidos......................................................................................211
Índice volumétrico de lodos ..................................................................................211
7. MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO........................................................215
7.1 Registro de operación ..........................................................................................215
7.2 Mantenimiento .......................................................................................................220
8. NORMATIVIDAD APLICADA A EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES .......227
8.1 Desarrollo de la legislación en México. Criterios y normas ..............................227
8.2 Normativa vigente (1997-2004).............................................................................233
8.2.1 NOM-001-SEMARNAT-1996 ...........................................................................233
8.2.2 NOM-002-SEMARNAT-1996 ...........................................................................241
8.2.3 NOM-003-SEMARNAT-1997 ...........................................................................245
9. HIGIENE Y SEGURIDAD ..............................................................................................251
Programas ................................................................................................................251
Medidas de higiene ...................................................................................................252
Sustancias peligrosas ...............................................................................................253
Espacios confinados .................................................................................................254
Medidas de protección ............................................................................................. 254
AUTOEVALUACIÓN DEL CAPÍTULO 9 ......................................................................... 256
10. MANEJO DE LODOS RESIDUALES......................................................................... 257
Introducción................................................................................................................ 257
10.1 Tipos y características de los lodos residuales .............................................. 258
10.1.1 Características físicas ................................................................................... 259
10.1.2 Características químicas ............................................................................... 260
10.1.3 Características microbiológicas..................................................................... 261
10.2 Normatividad sobre lodos residuales............................................................... 263
10.3 Tratamiento de lodos residuales....................................................................... 265
10.3.1 Espesamiento y deshidratación de lodos ...................................................... 266
10.3.2 Estabilización ................................................................................................ 276
BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................ 303
AUTOEVALUACIÓN DEL CAPÍTULO 10........................................................................ 306
ANEXOS .......................................................................................................................... 309
ANEXO A. TÉCNICAS DE MUESTREO .......................................................................... 309
Introducción................................................................................................................ 309
Objetivos de un programa de muestreo................................................................... 309
Preparación .............................................................................................................. 311
Envases y preservadores químicos.......................................................................... 311
Revisión del equipo de muestreo de campo ............................................................ 312
Ubicación de la estación de muestreo...................................................................... 315
El muestreo .............................................................................................................. 315
Registro en campo ................................................................................................... 315
Colecta de muestras ................................................................................................ 316
Muestreo de ríos y arroyos....................................................................................... 318
Muestreo en tomas................................................................................................... 320
Muestreo en descargas libres .................................................................................. 320
Muestreo en canales y colectores ............................................................................ 320
Muestreo en tanques y lagos ................................................................................... 321
Procedimientos de muestreo.................................................................................... 321
Muestreo manual ................................................................................................. 321
Muestreo automático............................................................................................ 322
Preservación de muestras........................................................................................ 322
Control y aseguramiento de calidad en campo ........................................................ 323
Blancos de equipo.................................................................................................... 323
Blancos de viaje ....................................................................................................... 323
Blancos de campos .................................................................................................. 324
Muestras dobles ....................................................................................................... 324
Muestras divididas.................................................................................................... 324
ANEXO B. PRÁCTICA DE MUESTREO.......................................................................... 325
Generalidades............................................................................................................. 325
Procedimiento............................................................................................................. 326
ANEXO C. CÁLCULO DE LA RECIRCULACIÓN Y PURGA DE LODOS ...................... 337
ANEXO D. CALENDARIOS DE ACTIVIDADES...............................................................340
Arranque de una PTAR de Lodos Activados sin inóculo. .......................................340
Arranque de una PTAR de Lodos Activados con inóculo. ......................................341
ANEXO E. FORMATOS DE CONTROL DE ARRANQUE Y UESTA EN MARCHA ........343
BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................................349
RESPUESTA A LAS AUTOEVALUACIONES .................................................................353
Capítulo 1.....................................................................................................................353
Capítulo 2.....................................................................................................................353
Capítulo 3.....................................................................................................................353
Capítulo 4.....................................................................................................................354
Capítulo 5.....................................................................................................................354
Capítulo 6.....................................................................................................................355
Capítulo 7.....................................................................................................................355
Capítulo 9.....................................................................................................................355
Capítulo 10...................................................................................................................356
INSTRUCTORES ..............................................................................................................357
INTRODUCCIÓN
Este curso-taller de operación de plantas de tratamiento de lodos
activados fue diseñado para formar al personal involucrado en
este tipo de tratamientos.
Con este material se proporcionan las herramientas básicas del
proceso de tratamiento mediante la presentación del texto con
ayudas didácticas, prácticas de campo que proporcionan un
marco completo del proceso.
El texto se estructuró de tal manera que, primero se presentan
los antecedentes del proceso de lodos activados, cómo surgieron
y dónde se aplica, un resumen de su aparición en México, y su
vigencia.
Después de la presentación del
biológicas del tratamiento; esto
microorganismos responsables de
orgánica y demás que conviven
dinámica de dicha población.
proceso se dan las bases
es, la descripción de los
la degradación de la materia
en el sistema, así como la
Se presenta el tema de lodos activados con la descripción del
proceso, las unidades previas requeridas, los componentes
básicos del sistema y su interrelación. Enseguida se aborda el
tema de modificaciones al proceso, el cual resulta interesante
por presentarse de manera sencilla y clara, con diagramas de su
funcionamiento.
Una vez conocidos los principios básicos del proceso, se
muestran los equipos para el sistema, como son los de
sedimentación y los equipos para proporcionar el oxígeno
demandado por los microorganismos.
La responsabilidad del buen funcionamiento de la planta
generalmente recae en el operador; por eso, la parte más
importante del curso-taller hace referencia a los fundamentos y
control de la operación. En la primera parte se dan las
herramientas para el control de proceso, así como la práctica
directa del cálculo de parámetros e índices de este control
mediante un taller de cálculos donde se realizarán operaciones
sencillas, pero de suma importancia para el operador.
Se ejemplifican los problemas típicos del proceso y su acción
correctiva mediante el uso de matrices que son de gran práctica.
Se dan las bases para el arranque de una planta de tratamiento
de lodos activados, con todas las implicaciones que presenta:
prueba a unidades, equipos, inoculación, arranque, control del
proceso durante los primeros días y problemas que se pueden
presentar.
Entre los temas del curso-taller también esta el referente a
higiene y seguridad dentro de la planta; un tema que requiere
mucha atención pues pocas instalaciones en el país observan
esas normas.
Finalmente, el último tema se refiere al tratamiento de lodos
residuales, en donde se trata el composteo y vermicomposteo.
OBJETIVOS GENERALES
Al término del curso –taller, el participante:
•
•
•
•
•
Comprenderá los tipos de contaminantes que hay, los
parámetros de calidad, los aspectos básicos de la
microbiología y los diferentes procesos de tratamiento de
agua residual.
Comprenderá los tipos, características y dinámica de la
población microbiana existente en el tratamiento biológico de
aguas residuales.
Comprenderá los métodos, técnicas y condiciones que debe
tomar en cuenta para la adecuada operación de una planta
de lodos activados.
Comprenderá las características y propiedades de los
equipos y sistemas de aereación que se pueden utilizar en el
tratamiento de aguas residuales.
Comprenderá la importancia, características, normatividad
vigente, así como diversos tratamientos sobre lodos
residuales.
DIRIGIDO A:
•
•
•
Gerentes de mantenimiento.
Ingenieros y técnicos responsables de la operación de
Plantas de Tratamiento.
Jefes de protección ambiental y/o ecología.
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE LODOS ACTIVADOS
1
ASPECTOS GENERALES DEL
TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES
AUTORES: Gabriela Moeller Chávez
Violeta E. Escalante Estrada
Ana Cecilia Tomasini Ortiz
Objetivos particulares:
Al término del tema, el participante:
• Comprenderá los tipos de contaminantes, los
fenómenos que se presentan y los métodos para su
control.
• Comprenderá los parámetros físicos, químicos y
biológicos que se deben considerar en el análisis de
agua residual.
• Comprenderá los tipos de metabolismo y
microorganismos que se presentan en aguas
residuales.
• Comprenderá la clasificación y características de los
tres procesos de tratamiento de agua residual.
1.1 Contaminación del agua y su control
Debido a la importancia que tiene el agua en la vida del hombre, si está contaminada se
convierte en un medio con gran potencial para transmitir una amplia variedad de
enfermedades. En los países desarrollados las enfermedades hídricas son raras, lo que se
debe esencialmente a la presencia de sistemas eficientes de abastecimiento de agua y de
tratamiento del agua residual. Sin embargo, en los países en vías de desarrollo cerca de
2000 millones de personas, no cuentan con abastecimiento de agua segura y saneamiento
adecuado. Como resultado, las enfermedades hídricas en estos alcanzan cifras
alarmantes.
Actualmente hay una gran preocupación por los posibles riesgos para la salud que pueden
surgir a largo plazo por la presencia de pequeñas concentraciones de impurezas en el
agua para beber, en especial de compuestos potencialmente cancerígenos. También
existen varios contaminantes, de origen natural o producidos por el hombre, que tienen
efectos conocidos en la salud de quienes los consumen. Por tanto, es muy importante que
se conozca la relación que existe entre la calidad del agua y la salud.
1.1.1 Tipos de contaminantes
Es importante tener presente que todas las aguas naturales contienen varios
contaminantes que provienen de la erosión, la lixiviación y los procesos de degradación a
la intemperie. A esta contaminación natural se agrega aquella causada por las aguas
residuales de origen doméstico o industrial, que por lo común se eliminan descargándolas,
por ejemplo, en el mar, en estratos subterráneos o, más comúnmente, en aguas
superficiales.
17
Cualquier cuerpo de agua es capaz de asimilar cierta cantidad de contaminantes, sin
mostrar efectos serios, debido a los factores de dilución y autopurificación que están
presentes. Si hay contaminación adicional, se altera la naturaleza del cuerpo de agua
receptor y deja de ser adecuado para sus diferentes usos.
Por lo anterior, es importante conocer los efectos de la contaminación, así como las
medidas de control disponibles para el manejo eficiente de los recursos hidráulicos.
Los contaminantes que afectan la calidad del agua también se pueden clasificar de la
siguiente forma:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
Compuestos infecciosos y tóxicos.
Materiales que afectan el balance de oxígeno en el agua.
Compuestos orgánicos persistentes.
Nutrientes.
Materia suspendida.
Temperatura.
pH
a) Compuestos infecciosos y tóxicos
Aquí se incluye una amplia variedad de sustancias que han demostrado tener impacto
negativo en el ser humano al estar presentes en el agua potable a la cual utilizan como
vehículo de transporte. Las bacterias son las representativas de los compuestos
infecciosos relacionándolas con grandes epidemias, también se encuentran los virus,
protozoarios, helmintos, gusanos y otros organismos patógenos.
El arsénico, plomo, mercurio, cadmio, otros metales en su mayoría pesados, y algunos
compuestos orgánicos pueden provenir de operaciones de acabado y cromado de metales,
repelentes de polilla utilizados en la manufactura de textiles, herbicidas y plaguicidas, etc.
El efecto que causan en el ser humano es tan importante que pueden llegar a modificar el
material genético en las células de los seres vivos.
b) Materiales que afectan el balance de oxígeno en el agua
Algunos compuestos orgánicos son utilizados por los microorganismos presentes en la
corriente como fuentes de energía y crecimiento. El proceso metabólico en estas
transformaciones causa el rompimiento de los compuestos orgánicos generando
estructuras más sencillas y residuos. De esta forma, las reacciones bioquímicas llevadas a
cabo emplean el oxígeno disuelto en el agua, limitando la disponibilidad de éste en la
corriente. El valor de la DBO depende del tipo y cantidad de compuestos orgánicos
presentes, número y tipo de organismos en el agua, temperatura, pH, presencia de
nutrientes y elementos traza necesarios para el crecimiento. La presencia en exceso de
organismos y/o materiales puede causar el agotamiento del oxígeno disuelto y la muerte
de los organismos superiores (peces). Además, la ausencia de oxígeno disuelto afecta el
crecimiento de los microorganismos aerobios y favorece el predominio de los organismos
anaerobios que generan subproductos causantes de olores desagradables.
18
La reducción del oxígeno disuelto (OD) en la corrientes de agua, ha recibido especial
atención en los estándares de calidad, por esta razón la prueba de la DBO es una medida
para evaluar las características de las descargas de aguas residuales; este método es
práctico y directo para medir el oxígeno consumido por los organismos durante la
estabilización bioquímica de la materia orgánica.
Otro tipo de sustancia que entorpece la transferencia de oxígeno a través de la interfase
aire-agua son las grasas y aceites, ya que forman películas que no permiten la
transferencia de oxígeno.
c) Compuestos orgánicos persistentes
Estos compuestos no se descomponen a través de la acción biológica, por lo que pueden
permanecer durante largos periodos o indefinidamente. Se ha encontrado que los
pesticidas y los hidrocarburos clorados, que son resistentes al ataque bioquímico, pueden
generar problemas crónicos o agudos en la salud.
d) Nutrientes
Los microorganismos requieren de elementos que son necesarios para su crecimiento y
reproducción. Estos elementos incluyen carbón, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo,
azufre y algunos otros, presentes en cantidades traza, cuando alguno de ellos no existe, el
crecimiento y reproducción se afectan.
Un exceso de N y P debido a descargas residuales sin tratar pueden causar problemas de
eutroficación en cuerpos de agua ya que favorecen el crecimiento excesivo de algas y
malezas acuáticas, y ya que algunas algas pueden fijar el nitrógeno atmosférico, se acepta
generalmente que el fósforo es el nutriente limitante en el agua. Los fosfatos se encuentran
en el agua residual, debido en parte, a excretas humanas y al uso en los detergentes
sintéticos.
e) Materia suspendida
La materia suspendida tiene un tamaño de partícula mayor que las moléculas disueltas y
los iones, dividiéndose en partículas suspendidas y coloidales. La materia suspendida
presenta efectos desagradables en la calidad del agua. Por ejemplo, el incremento de la
turbiedad restringe los usos que se pueden obtener del agua tratada. Además, las
partículas interfieren con la penetración de la luz, causando un impacto considerable a los
organismos acuáticos que dependen de ella para crecer y reproducirse. Por lo que tienen
una gran influencia sobre el balance ecológico de los cuerpos de agua.
La materia suspendida está presente en las corrientes y lagos debido a que es arrastrada
en el agua superficial de campos de cultivo y áreas urbanas, o por la descarga de residuos
industriales o municipales. Por ejemplo, los compuestos de hierro presentes en los
efluentes de las fábricas de acero o minas de carbón abandonadas reaccionan con la
alcalinidad y el oxígeno presentes en la corriente formando precipitados que impactan en
diferente forma el estado natural de la corriente.
19
Por otro lado, la materia suspendida puede estar formada por los sólidos suspendidos y
por los sedimentables. Los cuales sedimentan en el fondo de los ríos, lagos, lagunas, o
estanques creados con ese fin. Cuando los sólidos sedimentados contienen gran cantidad
de materia orgánica su descomposición crea problemas de olor, pero el efecto más
importante es la reducción de la capacidad de los cuerpos de agua debido a la
sedimentación, provocando así la destrucción de la vida acuática.
f) Temperatura
La temperatura es el principal ejemplo de la complejidad del agua ya que puede ser dañina
o benéfica dependiendo de las circunstancias. El mayor impacto del incremento de la
temperatura en las corrientes es que abate el valor de la fuente para sus usos posteriores.
Asimismo, intensifica los problemas de sabor y olor en el agua potable.
El valor de la DBO se incrementa sustancialmente con el aumento en la temperatura, por
las siguientes razones:
•
•
la rapidez de la reacción bioquímica en la corriente se acelera con el incremento de
la temperatura, lo cual reduce el oxígeno disuelto (OD) disponible del sistema.
las altas temperaturas abaten el reabastecimiento del oxígeno consumido en las
reacciones, al aumentar la temperatura de la corriente se acelera la muerte de
algunas especies.
1.1.2 Vertido de aguas residuales
En las corrientes de agua en estado natural,
Bacterias
existe un equilibrio entre la vida vegetal y Sustancias
Algas
animal, mediante una gran interacción entre naturales e
las diversas formas de vida que aseguran el inorgánicas
proceso de autodepuración (Figura 1.1). Las
Agua residual
aguas de buena calidad se caracterizan por
Protozoarios
una gran diversidad de especies sin
predominio de unas o de otras. La materia
orgánica
vertida
a
un
cauce
es
descompuesta por bacterias a nitrógeno
amoniacal, nitratos, sulfatos, bióxido de
carbono, etc., los cuales son utilizados por
plantas y algas para producir carbohidratos y
Hombre
oxígeno. Las especies vegetales sirven de
Peces
alimento a animales microscópicos (rotífero,
etc.), los cuales a su vez, sirven de alimentos
a crustáceos, insectos, gusanos y peces.
FUENTE: Noyola-Robles, A., et al, 2000
Algunos animales se alimentan de los
residuos producidos por otros, ayudando de
Figura 1.1 Ciclo de autopurificación
esta manera a la degradación bacteriana.
Si la concentración de materia orgánica vertida es grande, el crecimiento bacteriano será
muy alto con una disminución del oxígeno disuelto (OD) lo cual afecta el equilibrio
mencionado.
20
Como se dijo, los efluentes líquidos son eliminados mediante su vertido a aguas
superficiales, tanto directamente como a terrenos que drenen a las mismas; por descarga
en aguas subterráneas, de forma directa mediante inyección en pozos profundos o
indirecta por percolación, o por evaporación a la atmósfera. Cualquiera que sea la forma de
eliminación final utilizada, los efluentes deben tratarse previamente hasta por lo menos, un
nivel equivalente al del tratamiento secundario de manera que se cumpla con la legislación
vigente y no altere negativamente el ecosistema donde se descarga.
Cuando la descarga de agua residual se realiza en un cuerpo de agua pueden presentarse
los siguientes fenómenos: dilución, dispersión, sedimentación, desinfección y temperatura.
•
Dilución: la dilución con un gran volumen de agua que contenga una cantidad
importante de OD ayuda a reducir la posibilidad de ocurrencia de efectos
contaminantes. Por el contrario, los efluentes vertidos a corrientes de agua de poco
caudal, necesitan de tratamiento intensivo si se quiere cumplir con las normas de
calidad del agua.
•
Dispersión: las corrientes colaboran en la dispersión del agua residual en el agua,
lo que disminuye la posibilidad de crear zonas con altas concentraciones de
contaminantes. La existencia de remolinos y retrocesos de las aguas pueden dar
lugar a la sedimentación de los sólidos suspendidos, provocando la formación de
bancos de lodo y la producción de malos olores. Las corrientes rápidas favorecen la
reaeración, a la vez que reduce el tiempo de recuperación; pero puede aumentar la
longitud del tramo de la corriente afectado por el vertido.
•
Sedimentación: los sólidos suspendidos y los sedimentables elevan la demanda de
oxígeno, estos pueden ser eliminados por sedimentación si la velocidad de la
corriente es menor que la de arrastre de las partículas. Tal eliminación mejora la
calidad del agua después de la zona de sedimentación, pero no cabe duda que es
perjudicial en el punto donde los sólidos se acumulan.
•
Desinfección: la luz solar actúa como desinfectante y estimula el crecimiento de las
algas. Estas producen oxígeno durante el día, pero lo consumen durante la noche.
Las aguas que contienen grandes desarrollos de algas pueden llegar a sobresaturarse de OD durante las horas de sol y tornarse anaerobias durante la noche.
•
Temperatura: la temperatura afecta a la solubilidad de oxígeno en el agua, a la
actividad de las bacterias y a la velocidad de reaeración. La condición crítica se
alcanza en épocas de altas temperaturas en las que el consumo de oxígeno es
elevado y su disponibilidad reducida.
1.1.3 Autodepuración de lagos
La autodepuración de los lagos la efectúan los mismos agentes que actúan en las
corrientes. Sin embargo, en los lagos las corrientes son menos pronunciadas y a menudo
la sedimentación originará grandes acumulaciones de lodo en el fondo, algas muertas y
otros tipos de vegetación. La inevitable descomposición que puede ser lenta debido a las
bajas temperaturas del agua profunda, empleará todo el oxígeno de dichas capas más
profundas.
21
No es raro descubrir en los embalses y lagos, que las capas de aguas superiores
contengan mucho OD, plancton y peces propios de aguas limpias, mientras que los
estratos inferiores presentan las características de ausencia de oxígeno, bacterias
anaerobias y olores desagradables. Un lago poco profundo presenta condiciones
favorables para la rápida autodepuración: gran superficie de agua en comparación con el
volumen y mucho contacto con las algas tanto en las masas flotantes como en las fijas
sobre plantas acuáticas o en las orillas.
El efecto de los vertidos de aguas residuales en lagos y estuarios puede estudiarse
empleando modelos matemáticos y su aplicación queda fuera de los alcances de este
curso.
1.1.4 Control de la contaminación
Debido a la necesidad de conciliar las diferentes demandas de los recursos hidráulicos, la
mayoría de los países tienen leyes para controlar la contaminación, conservar y, tal vez
mejorar, la calidad del agua. En este contexto es útil citar la definición de la Comunidad
Económica Europea (CEE): “La contaminación del agua es la descarga efectuada por el
hombre de sustancias diversas al medio ambiente acuático, que pone en riesgo la salud
humana, daña los recursos vivos y los ecosistemas acuáticos, impide su uso para fines
recreativos o interfiere otros usos legítimos del agua”. Se concluye que para que una
descarga se denomine contaminante, debe haber evidencia de deterioro o daño.
Cuando se establecen métodos para el control de la contaminación del agua, los patrones
se pueden basar ya sea en calidad del agua requerida por el cuerpo receptor (enfoque de
objetivos de calidad del río) o bien pueden aplicarse directamente al afluente sin referencia
a la calidad del agua del cuerpo receptor (enfoque de patrones de emisión). El método de
objetivos de calidad resulta lógico pero puede ser causa de problemas cuando se agrega
una nueva descarga al sistema, ya que todos los niveles de descarga existentes deben
revisarse río abajo o la nueva descarga y se puede enfrentar un estándar de calidad para
el agua muy alto, imposible de lograr.
Podría ser desigual el grado de tratamiento requerido para aguas residuales similares que
se descargan en diferentes tramos de un mismo río. Un efluente aguas abajo podría
requerir más tratamiento debido a que el agua de dilución sería de una calidad inferior
como resultado de la descarga aguas arriba.
Desde el punto de vista administrativo, el concepto de patrones de emisión es conveniente
en el sentido que el estándar se aplica a todas las descargas similares, pero tiene la
desventaja que no se toman en cuenta las características de autopurificación del agua
receptora ni de su uso aguas abajo. El compromiso de adoptar patrones de emisión
basados en el uso del agua receptora tiene el mérito de ser más fácil de implantar que los
patrones para agua receptora, pero no asegura por sí mismo la conservación de la calidad
del agua en condiciones cambiantes de descarga del efluente.
22
El control de la contaminación del agua en el Reino Unido está apoyando principalmente
en el trabajo pionero de la Royal Commision on Sewage Disposal, que en su octavo
informe (1992) propuso la adopción de normas para efluentes relacionados con la calidad y
volumen del agua de dilución. Según estos estudios, la Comisión sugirió que una DBO de
4/mg/l en un curso de agua era un límite que, si era excedido, indicaría un grado
significativo de contaminación.
Un esquema de cobro alienta a los usuarios industriales a tomar acciones para reducir el
volumen y la concentración del agua residual por medio de un mejor control de los
procesos y, si es posible, una modificación de los mismos. Si los desechos industriales se
descargan al sistema de drenaje principal, es importante asegurarse que el agua residual
no contenga material que dañe el alcantarillado, a los trabajadores del drenaje o a los
procesos de tratamiento de agua residual. Por esto en algunos casos puede ser necesario
dar un pretratamiento en la industria antes de hacer una descarga al alcantarillado.
La política de “el que contamina paga”, algunas veces invocada para tratar las descargas
de desecho industrial, puede ser no totalmente satisfactoria a no ser que las cuotas se
fijen racionalmente. En algunas situaciones un industrial podría preferir considerar como
gasto de operación y pagar el costo de causar contaminación en vez de invertir capital en
una planta de tratamiento. Tal enfoque tendría efectos directamente perjudiciales en la
calidad del agua del cuerpo receptor.
Consideraciones similares a las descritas se aplican para el control de la contaminación del
agua subterránea aunque aquí, debido a la dificultad de rectificar el daño causado al
acuífero, se prefiere el empleo de factores de seguridad mayores que los usados para la
descarga en agua superficial.
Se debe tener un cuidado especial para proteger acuíferos importantes y en algunos casos
la eliminación subterránea de los desechos líquidos y los tiraderos de desechos sólidos
con problemas de lixiviación, sólo se permiten si sabe que el acuífero está completamente
aislado de la fuente potencial de contaminación.
En el caso de aguas de mar, las descargas se pueden reglamentar de acuerdo a los
parámetros normales físicos y químicos que se usan para las descargas tierras adentro,
con ajustes adecuados que tomen en cuenta la dilución disponible. Así, en situaciones con
una dilución adecuada, la descarga de agua residual con desechos cribados o triturados
puede ser aceptable.
Cuando la principal preocupación es en relación con playas o banco de moluscos, es
probable que los efectos bacteriológicos de la contaminación por agua residual sean de los
más significativos.
Aunque las implicaciones en la salud por contaminación bacteriológica de las aguas de
mar son difíciles de cuantificar, las diferentes autoridades han fijado los patrones de
calidad para el agua para bañarse de acuerdo con los recuentos de coliformes, que varían
de 100/100 ml en California a 10 000 /100 ml en la CEE. De esta manera las normas
locales, ajustadas a condiciones particulares climáticas y ambientales, son más apropiadas
que los patrones universales.
23
1.2 Parámetros de calidad del agua
Aunque normalmente se considera el agua como
una molécula formada por dos átomos de hidrogeno
y uno de oxigeno, H2O, todas las aguas naturales
contienen cantidades variables de otras sustancias
disueltas en concentraciones que fluctúan de unos
cuantos miligramos por litro en agua de lluvia a cerca
de 35,000 mg/l en agua de mar. Por lo general, las
aguas residuales contienen la mayoría de los
constituyentes del agua de abastecimiento, más las
Foto 1.1 El agua residual es el agua
impurezas adicionales provenientes del proceso suministrada, más las impurezas adicionales
productor de desechos (Foto 1.1).
provenientes del proceso productor de
desechos
El agua residual cruda promedio contiene alrededor de 1000 mg/l de sólidos en solución y
suspensión, o sea que cerca del 99.9% es agua pura. Claro que medir simplemente el
contenido total de sólidos de una muestra es insuficiente para especificar su condición ya
que el agua subterránea, clara y brillante, puede tener el mismo contenido total de sólidos
en solución que el agua residual cruda.
Para obtener una imagen verdadera de la naturaleza de una muestra en particular, es
necesario cuantificar diferentes propiedades mediante un análisis que determine sus
características físicas, químicas y biológicas; sin embargo, no se investigan todas las
características de una muestra dada. En la tabla 1.1 se relacionan los parámetros o
características que con más frecuencia se miden en los diferentes tipos de muestras y
según su procedencia.
Tabla 1.1 Parámetros importantes para caracterizar el agua de diferentes muestras según
su procedencia
PARÁMETROS
pH
Temperatura
Color
Turbiedad
Sabor
Olor
Sólidos totales
Sólidos sedimentables
Sólidos suspendidos
Conductividad
Radioactividad
Alcalinidad
Acidez
Dureza
OD
DBO
DQO o COT
Nitrógeno orgánico
Nitrógeno amoniacal
Nitrógeno de nitritos
Nitrógeno de nitratos
24
AGUA DE RÍO
AGUA POTABLE
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
AGUA RESIDUAL
CRUDA
X
X
EFLUENTE DE
AGUA RESIDUAL
TRATADA
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
PARÁMETROS
AGUA DE RÍO
Cloruros
Fosfatos
Detergente sintético
Análisis bacteriológicos
AGUA POTABLE
X
X
X
X
X
AGUA RESIDUAL
CRUDA
EFLUENTE DE
AGUA RESIDUAL
TRATADA
X
X
X
X
X
X
1.2.1 Características físicas
Las principales consideraciones para establecer a primera vista la calidad del agua se
basan más en las características físicas que en las químicas y biológicas. De esta forma se
desea un agua incolora, insípida e inodora. Las propiedades físicas más comúnmente
empleadas para determina las impurezas en el agua residual se reportan en la tabla 1.2.
La temperatura es un parámetro importante por su efecto en otras propiedades, por
ejemplo, aceleración de reacciones químicas, reducción en la solubilidad de los gases,
intensificación de sabores y olores.
Los sólidos pueden clasificarse según su tamaño y estado en sedimentables, suspendidos,
coloidales o disueltos. Los sólidos disueltos totales (SDT) se deben a materiales solubles,
mientras que los sólidos en suspensión (SS) son partículas discretas que se miden al filtrar
una muestra a través de un papel filtro de poro fino. Los sólidos sedimentables son
aquellos removidos en un procedimiento estándar de sedimentación con el uso de un cono
Imhoff después de ½ hora.
Por sus características químicas, los sólidos, se clasifican como no volátiles (sólidos fijos) y
volátiles. Los últimos se volatilizan a temperaturas de 550°C y son considerados como
materiales orgánicos.
Tabla 1.2 Análisis físicos empleados para determinar las impurezas en el agua y agua
residual
PRUEBA
Turbiedad
ABREVIACIÓN
UTN
USO
Para asegurar la claridad del agua.
Sólidos
Sólidos totales
Sólidos totales volátiles
ST
STV
Para asegurar el reúso potencial de un agua
residual y para determinar los procesos empleados
para su tratamiento.
Sólidos suspendidos volátiles
Sólidos disueltos totales (ST-SS)
SS
SSV
SDT
SSel
Para determinar los sólidos que pueden sedimentar
en un tiempo específico; los valores de la prueba se
usan para facilitar el diseño de los sedimentadores.
Color
Varios tonos de luz amarilla, luz café, gris, negra.
Para determinar la presencia de agentes coloridos
sintéticos y naturales en el agua. Define la
condición del agua residual (fresca o séptica).
Olor
Determina si el nivel de olor puede ser un problema.
LMCO*
25
PRUEBA
Temperatura
ABREVIACIÓN
ºC
USO
Para diseñar los procesos de tratamiento; determina
la concentración de saturación de los gases.
* LMCO = Límite Mínimo de la Concentración de Olor detectado.
La tabla 1.3 resume las formas en las que se encuentran los diferentes tipos de sólidos.
Tabla 1.3 Tipos de sólidos presentes en las aguas residuales
SÓLIDOS
Totales
Suspendidos
Disueltos
FRACCIÓN TOTAL
STT
SST
SDT
FRACCIÓN VOLÁTIL
(MATERIA ORGÁNICA)
STV
SSV
SDV
FRACCIÓN FIJA
(MATERIA INORGÁNICA)
STF
SSF
SDF
Como se puede ver si se suman la fracción volátil a la fija se obtiene el total. Por ejemplo;
STF+STV=STT. Por otro lado, la diferencia entre los sólidos totales (ya sean STT, STV o
STF) y los suspendidos (SST, SSV O SSF) es igual a los sólidos disueltos (SDT, SDV,
SDF). Todos los sólidos se reportan en mg/l, excepto los sedimentables que se reportan en
ml/l.
1.2.2 Características químicas
Las características químicas tienden a ser más específicas que algunos de los parámetros
físicos y por eso más útiles para evaluar las propiedades de una muestra.
A continuación se describen algunas características químicas importantes del agua:
1. pH. La intensidad de acidez o alcalinidad de una muestra se mide en la escala de pH,
que en realidad mide la concentración de iones de hidrógeno presentes en una
solución.
El pH tiene una escala de 0 a 14, por lo que, un valor de 7 es neutro. Por arriba o por
debajo de 7.0 el pH es alcalino; o por debajo de 7 el pH es ácido.
El pH controla muchas reacciones químicas y la actividad biológica normalmente se
restringe a una escala de pH entre 6 y 8.
Las aguas muy ácidas o muy alcalinas son indeseables debido a que son corrosivas o
presentan dificultades en su tratamiento.
2. Potencial de óxido-reducción (Potencial REDOX). El potencial REDOX permite, de
manera indirecta, mostrar hacia donde se desplaza el equilibrio en las reacciones de
óxido-reducción que suceden en los cuerpos de agua ó en los reactores de las plantas
de tratamiento de aguas residuales. Valores positivos de REDOX muestran una
oxidación de materia orgánica a dióxido de carbono (CO2) en un medio aerobio y
valores negativos son originados por su reducción en un ambiente anaerobio. Es así
que, las reacciones aerobias tienen valores mayores a +200 mV y las reacciones
anaerobias ocurren a –300 mV.
26
3. Alcalinidad. La capacidad para neutralizar ácidos. La alcalinidad es útil, tanto en el
agua natural como en las aguas residuales, porque proporciona un amortiguamiento
para resistir los cambios en el pH. Normalmente, se divide en alcalinidad cáustica, por
encima del pH 8.2 y alcalinidad total, por encima del pH 4.5. La alcalinidad puede existir
hasta un pH de 4.5 debido a que el [HCO3-] no se neutraliza completamente sino hasta
que se alcanza este pH. La cantidad de alcalinidad presente se expresa en términos de
mg/2 de CaCO3.
4. Acidez. Es la capacidad del agua para neutralizar compuestos básicos. La mayoría de
las aguas naturales y el agua residual doméstica son amortiguadas por un sistema CO2
HCO3-. El ácido carbónico H2CO3 no se neutraliza totalmente hasta un pH de 8.2 y no
disminuye el pH por debajo de 4.5. Así la acidez del CO2 ocurre dentro de un pH de 8.2
a 4.5, la acidez mineral (casi siempre debido a desechos industriales) se presenta por
debajo de un pH de 4.5. La acidez se expresa en términos de CaCO3.
5. Demanda de oxígeno. Los compuestos orgánicos por lo regular son inestables y
pueden oxidarse biológica o químicamente para obtener productos finales estables,
relativamente inertes, tales como CO2 NO3, H2O. La indicación del contenido orgánico
de un desecho se obtiene de medir la cantidad de oxígeno que se requiere para su
estabilización.
a) Demanda bioquímica de oxígeno (DBO). Mide la cantidad de oxígeno que requieren
los microorganismos en la descomposición de la materia orgánica. La determinación
estandarizada tiene un período de duración de 5 días (DBO5) y puede haber
interferencias por el crecimiento endógeno de los microorganismos. En condiciones
anaerobias, la cantidad de sustrato que puede ser degradado biológicamente es con
frecuencia mayor que el representado por la concentración de la DBO5 del agua
residual. Por lo que en el diseño de los procesos anaerobios, se utiliza la demanda
química de oxígeno (DQO) para caracterizar la descarga orgánica de una muestra.
b) Demanda química de oxígeno (DQO). Es la cantidad de oxígeno que se consume, al
oxidar la materia orgánica e inorgánica por medio de un oxidante fuerte (dicromato
de potasio) en un medio ácido. La prueba, a diferencia de la DBO, es muy rápida
pero también se oxidan compuestos inorgánicos elevando el valor de la DQO. Casi
todas las sustancias orgánicas se oxidan en su totalidad.
Otra manera para determinar el contenido de materia orgánica es por medio de la
técnica del carbono orgánico total (TOC). En este caso se mide realmente el
carbono orgánico ya sea biodegradable o no. El tiempo de determinación es mucho
menor que para la DBO y la DQO, pero requiere de equipo muy especializado y
costoso.
6. Nitrógeno. Es un elemento importante ya que las reacciones biológicas sólo pueden
efectuarse en presencia de suficiente nitrógeno. Este se encuentra presente en las
siguientes formas en el agua residual.
a) Nitrógeno orgánico. Presente en proteínas, aminoácidos y urea.
b) Nitrógeno amoniacal. Nitrógeno como sales de amoniaco; por ejemplo, carbonato de
amonio (NH4)2CO3, o como amoniaco libre (NH3) o hidróxido de amonio.
27
c) Nitrógeno de nitritos (NO2-). Una etapa intermedia de oxidación que normalmente no
se presenta en grandes cantidades.
d) Nitrógeno de nitratos (NO3-). Producto final de la oxidación del nitrógeno.
La oxidación de los compuestos de nitrógeno llamada nitrificación, se expresa de la
siguiente forma.
−
N Org . + O2 → N − NH 3 + O2 → N − NO2 + O2 → N − NO3
−
La reducción del nitrógeno, que se llama desnitrificación, puede revertir el proceso:
NO3 → N 2O → N ↑
Las aguas residuales industriales tienen también otras características químicas específicas
que se pueden evaluar, por ejemplo, la presencia de metales tóxicos, cianuro, fenoles,
grasas y aceites, etc.
1.2.3 Características biológicas
Casi todos los desechos orgánicos contienen grandes cantidades de microorganismos
(patógenos y no patógenos); el agua residual contiene más de 106 células bacterianas /ml,
pero los números reales presentes regularmente no se determinan. Después del
tratamiento convencional del agua residual el efluente todavía contiene una gran cantidad
de microorganismos, al igual que muchas aguas superficiales naturales, los
microorganismos patógenos deben eliminarse.
1.3 Aspectos básicos de la microbiología del agua residual
Las aguas naturales contienen una amplia variedad de microorganismos los cuales forman
un sistema ecológico balanceado. Las características biológicas de éste se relacionan
principalmente con la población residente en microorganismos y su impacto directo en la
calidad del agua. Por esta razón, es necesario conocer los principios básicos de la
microbiología y así comprender cómo participan los microorganismos en el proceso de la
depuración del agua residual.
1.3.1 Tipos de metabolismo
Para garantizar el crecimiento adecuado de un organismo, éste debe tener una fuente de
carbono y de energía (nutrientes). De esta forma, elementos como nitrógeno, fósforo y
elementos traza como azufre, potasio, calcio y magnesio deben estar disponibles en el
agua. Las dos fuentes de carbón para la síntesis de tejido celular son el dióxido de carbón
y el carbón presente en la materia orgánica. Si un organismo toma el carbón a partir del
dióxido de carbono (carbón inorgánico), es llamado autótrofo, si usa carbón orgánico, es
denominado heterótrofo.
Los organismos autótrofos son capaces de sintetizar sus requerimientos orgánicos a partir
de la materia inorgánica y pueden crecer independientemente de las substancias orgánicas
externas. Emplean dos métodos para alcanzar este fin:
28
1. Fotosíntesis: muchas plantas utilizan el carbón inorgánico y la radiación solar para
producir materia orgánica y oxígeno.
Luz
6CO2 + 6 H 2 O →

C 6 H 12 O6 + 6O2
2. Quimiosíntesis: se utiliza la energía química de los compuestos inorgánicos para
suministrar la energía para la síntesis de substancias orgánicas.
2 NH 3 + 3O2 → 2 NHO2 + 2 H 2O + energía
Por su parte, los organismos heterótrofos requieren una fuente externa de materia
orgánica; los tres tipos principales son:
1. Los saprófobos, que obtienen la materia orgánica soluble directamente del ambiente
circundante o por la ingestión extracelular de compuestos insolubles. Sus
requerimientos de alimento pueden fluctuar desde un simple compuesto orgánico de
carbono hasta varios compuestos complejos de carbono y nitrógeno, junto con factores
adicionales de crecimiento.
2. Los fagótrofos, algunas veces llamados formas holozóicas, utilizan partículas orgánicas
sólidas.
3. Los parátrofos obtienen la materia orgánica a partir de los tejidos de otros organismos
vivos, por lo que se denominan parásitos.
La tabla 1.4 muestra la clasificación de los microorganismos con base en sus
requerimientos de carbón y energía.
Tabla 1.4 Clasificación general de los microorganismos con base en sus fuentes de carbón
y energía
FUENTE DE ENERGÍA
FUENTE DE CARBÓN
Fotoautótrofos
Luz
CO2
ORGANISMOS
REPRESENTATIVOS
Algas, cianobacterias
Fotoheterótrofos
Luz
Materia orgánica
Bacterias fotosintéticas
Quimioautótrofos
Materia inorgánica
CO2
Algunas bacterias
Materia orgánica
Bacterias
CLASIFICACIÓN
Materia orgánica
Quimioheterótrofos
FUENTE: Tchobanoglous y Schroeder, 1987.
1.3.2 Tipos de microorganismos
Por definición, los microorganismos son aquellos organismos muy pequeños que no
pueden ser vistos a simple vista, quedando comprendidos en esta categoría un gran
número de organismos acuáticos. Los principales grupos de microorganismos presentes
en el agua se clasifican como monera y protistas; órganos superiores como, plantas y
animales, y algunas veces también hongos (tabla 1.5). Comúnmente, los organismos
listados en esta tabla son procariontes o eucariontes dependiendo de la complejidad de
sus estructuras celulares. Los procariontes tienen su material nuclear disperso en el
citoplasma y no poseen un núcleo verdadero. Los eucariontes poseen un núcleo.
29
Los procariontes son estructuras celulares simples y pequeñas (< 5 µm) con núcleo
primitivo de un solo cromosoma circular, sin membrana nuclear. Se incluyen en este grupo
las bacterias, los actinomicetos y las cianobacterias.
Los eucariotas son células más grandes (> 20 µm) con una estructura más compleja y un
núcleo verdadero que contiene varios cromosomas con una membrana nuclear. En esta
clase de microorganismos se incluyen los hongos, la mayoría de las algas y los
protozoarios, animales y plantas.
Tabla 1.5 Clasificación de los microorganismos de interés en el agua y agua residual
REINO
MIEMBROS
REPRESENTATIVOS
CLASIFICACIÓN DE CÉLULAS
Crustáceos
Lombrices
Rotíferos
Animal*
Plantas acuáticas
Plantas de semilla
Helechos
Musgo
Plantas*
Protistas
Protozoarios, rotíferos
Algas
Hongos
Hongos (mohos y levaduras)
Monera
Bacterias y cianobacterias
Células eucariontes
(el núcleo posee una membrana celular
bien definida).
Células procariontes
(el núcleo posee una membrana celular
bien definida).
* Multicelular con diferencias en el tejido.
Hay un grupo adicional de microorganismos: los virus, que no pueden ser clasificados en
ninguna de las dos clases anteriores y, por tanto, se consideran por separado y no son
considerados como células verdaderas.
1.3.2.1 Virus
Los virus son la forma más simple de un organismo. Son parásitos obligados ya que no
tienen la habilidad para sintetizar nuevos compuestos (no tiene metabolismo propio). Su
tamaño varía entre 0.01 a 0.03µm y consisten de material genético – ácido
desoxirribonucleico (ADN) o ribonucleico (ARN), dentro de una cubierta proteica. Son
altamente específicos tanto en lo que concierne al organismo huésped como a la
enfermedad que producen.
30
1.3.2.2 Bacterias
Las bacterias (Figura 1.2) son organismos unicelulares pertenecientes al reino monera que
pueden vivir como autótrofos o como heterótrofos y aprovechar el alimento soluble.
Algunas bacterias forman esporas resistentes que pueden permanecer latentes por
periodos prolongados en condiciones ambientales adversas pero que pueden reactivarse
al retornar las condiciones favorables. La mayoría de las bacterias se desarrollan en
condiciones de pH neutras, aunque algunas especies pueden existir en un ambiente
altamente ácido.
Las bacterias desempeñan una función vital en los procesos naturales de estabilización y
se utilizan ampliamente en el tratamiento de aguas residuales orgánicas. Se conocen
alrededor de 1,500 especies que se clasifican en relación con criterios tales como:
•
•
•
•
•
Tamaño, forma y agrupamiento de células características de la colonia
Reacción a la tinción
Requerimientos de crecimiento
Movilidad y reacciones químicas específicas
Se encuentran en formas aerobias, anaerobias y facultativas
FUENTE: Tchobanoglous, George; Schroeder, Edward D.; Water Quality
Figura 1.2 Tipos de bacterias
31
1.3.2.3 Hongos
Los hongos son células eucariontes aerobios, multicelulares, no fotosintéticos y
heterótrofos. Algunos hongos son saprofitos, obteniendo su alimento de la materia
orgánica muerta. Existen más de 100,000 especies de hongos y su estructura es una
compleja masa ramificada de hifas que parecen hilos y cuyo conjunto constituye el núcleo
(Figura 1.3).
Al igual que las bacterias, los hongos principales organismos responsables de la
descomposición del carbón en la biosfera. Son capaces de degradar compuestos
orgánicos altamente complejos. Los hongos tienen gran importancia en la descomposición
de la materia orgánica en medios acuáticos y terrestres.
Figura 1.3 Hongos presentes en el agua residual
1.3.2.4 Algas
Las algas (Figura 1.4) son microorganismos eucariontes, autotróficas, fotosintéticas,
contienen clorofila y actúan como las principales productoras de materia orgánica en un
ambiente acuático.
32
Los compuestos inorgánicos tales como el bióxido de carbono, el amoníaco, el nitrato y el
fosfato proporcionan la fuente de alimento para sintetizar nuevas células de algas y para
producir oxígeno. En ausencia de la luz solar, las algas viven en forma quimiosintética y
consumen oxígeno, de modo que en el agua que tiene algas hay una variación diurna de
los niveles de oxígeno disuelto (OD), teniendo lugar una sobresaturación de oxígeno
durante el día y una disminución significativa durante la noche.
En el agua dulce crece un gran número de algas, que se clasifican en varios tipos: verdes,
cafés o amarillas, lo que depende de las proporciones de pigmentos particulares. Existen
como células solas que pueden ser inmóviles o móviles, si tienen flagelos, o bien como
formas filamentosas multicelulares.
Figura 1.4 Especies de algas presentes en el agua residual
33
1.3.2.5 Protozoarios
Los protozoarios son microorganismos eucariontes unicelulares de 10 a 100 µm de
longitud que se reproducen por fisión binaria. Algunos protozoarios se encuentran libres en
la naturaleza, mientras que otros son parásitos, viviendo dentro o fuera de un organismo.
Los huéspedes varían de organismos primitivos como las algas a organismos complejos,
incluyendo al ser humano. La mayoría son heterótrofos aerobios o anaerobios facultativos.
Su fuente principal de alimento son las células bacterianas; sin embargo, no pueden
sintetizar todos los factores necesarios para su crecimiento y dependen de las bacterias
para que los suministren. Los protozoarios abundan en el suelo y en el agua y pueden
tener una participación importante en los procesos biológicos de tratamiento de aguas
residuales. La figura 1.5 muestra algunos protozoarios presentes en el agua residual.
Figura 1.5 Algunos protozoarios presentes en el agua residual
34
1.3.2.6 Formas superiores de vida
Así como microorganismos, hay en el agua natural organismos más complejos, muchos de
ellos visibles a simple vista. Entre estos se incluyen los rotíferos, que son animales
multicelulares con un cuerpo flexible y cilios en la cabeza para atrapar alimento y darles
movilidad, y los crustáceos, que son animales multicelulares de concha dura. Ambos
grupos son fuente importante de alimentos para los peces y solo se encuentran en aguas
de buena calidad ya que son sensibles a muchos contaminantes y a niveles bajos de
oxígeno disuelto.
Los gusanos y las larvas de insectos viven en depósitos del fondo y en algunos procesos
de tratamiento biológico; son capaces de metabolizar substancias orgánicas complejas que
otros organismos no degradan rápidamente.
1.4 Procesos de tratamiento del agua residual
A través de los años, se han desarrollado una gran variedad de métodos para el
tratamiento del agua residual. En muchos casos, se combinan varios procesos
dependiendo de la calidad del agua residual que se va a tratar y el grado que se debe
alcanzar.
Los principales contaminantes presentes en el agua residual y los procesos más
comúnmente empleados para su remoción se resumen en la tabla 1.6.
Tabla 1.6 Operaciones, procesos y sistemas de tratamientos para remover los principales
contaminantes presentes en un agua residual municipal
CONTAMINANTES
UNIDAD, PROCESO O SISTEMA DE TRATAMIENTO
Cribado y desmenuzado
Sedimentación
Flotación
Filtración
Coagulación/sedimentación
Orgánicos biodegradables
Lodos activados
Filtro percolador
Discos biológicos rotatorios
Lagunas aireadas
Lagunas de oxidación
Filtración en arena
Físico/químico
Patógenos
Cloración
Ozonación
Nutrientes
Nitrificación y desnitrificación con biomasa suspendida
Nitrificación y desnitrificación con biomasa fija
Arrastre con amoniaco
Intercambio iónico
Cloración en el punto de quiebre
B
B
Q/F
Q
Q
Coagulación/sedimentación con sales metálicas
Coagulación/sedimentación con cal
Q/F
Q/F
Nitrógeno
Fósforo
CLASIFICACIÓN
F
F
F
F
Q/F
B
B
B
B
F/B
B/Q/F
F/Q
Q
Q
35
CONTAMINANTES
UNIDAD, PROCESO O SISTEMA DE TRATAMIENTO
Remoción bioquímica
Orgánicos refractarios
Absorción con carbón activado
Ozonación
F
Q
Metales pesados
Precipitación química
Intercambio iónico
Q
Q
Intercambio iónico
Ósmosis inversa
Electrodiálisis
Q = Químicos, F = Físicos y B = Biológicos
Sólidos inorgánicos disueltos
CLASIFICACIÓN
B/Q
Q
F
Q
Frecuentemente, la disposición del material eliminado del agua residual (incluyendo los
materiales eliminados por el proceso), lodo, ha representado problemas en la
implementación de algunos sistemas.
1.4.1 Clasificación de métodos de tratamiento
El principal objetivo del tratamiento del agua residual es producir un efluente que puede
ser descargado sin causar daños al medio ambiente. Los contaminantes del agua residual
pueden ser eliminados por medios físicos, químicos y biológicos.
1.4.1.1 Procesos físicos
Tratamiento en el que se llevan a cabo cambios a través de la aplicación de fuerzas físicas.
Las unidades típicas incluyen cribado, regulación, sedimentación, flotación y filtración.
•
Cribado
El cribado es un método que elimina los contaminantes más voluminosos o material visible
del agua residual. Los cribadores se clasifican en función del tamaño de la partícula
removida, como finos o gruesos y se utilizan como parte del tratamiento primario. El
cribado sirve como instrumento de protección del equipo electromecánico.
•
Regulación
El proceso de regulación se lleva a cabo en un tanque de homogenización y su función es
eliminar las variaciones del flujo o caudal para lograr que este se mantenga constante.
Esta técnica se aplica principalmente para la regulación de:
a) Caudales en tiempo seco.
b) Caudales en tiempo de lluvia, procedentes de redes de alcantarillado separadas.
c) Caudales mixtos de aguas pluviales y residuales sanitarias e industriales.
Las ventajas que se obtienen con la aplicación de este proceso son:
ο Aumenta las características de tratabilidad del agua residual.
ο Mejora el tratamiento biológico por medio de la eliminación o disminución de los
efectos causados por cargas orgánicas e hidráulicas bruscas, a través de la
dilución de sustancias inhibidoras y de la estabilización del pH.
36
ο Mejora la calidad del efluente y el rendimiento de los tanques de sedimentación
secundario al trabajar a cargas de sólidos constantes.
ο Mejora el control de la dosificación de reactivos.
•
Sedimentación
Algunas de las impurezas del agua por su tamaño y mayor densidad pueden ser
eliminadas por sedimentación, mediante la acción de la gravedad.
Se le da el nombre de sedimentador, a la estructura que sirve para reducir la velocidad del
las aguas negras para que puedan sedimentar los sólidos y se utiliza como tratamiento
primario.
Es importante tener presente que el tamaño del sedimentador es función del caudal y
velocidades de decantación de las partículas. Sin embargo, el equipo disponible para la
recolección y eliminación de lodos puede condicionar las dimensiones. Las proporciones
longitud-anchura empleadas con mayor frecuencia oscilan entre 3:1 y 5:1. Las pendientes
del fondo oscilan entre 1% para tanque rectangulares y 7 a 8% para tanques circulares, se
utiliza como un tratamiento primario.
•
Flotación
La flotación es una operación unitaria utilizada para separar diferentes fases líquidas o
sólidas de una fase líquida. La separación se lleva a cabo al introducir burbujas finas de
gas (generalmente aire) en la fase líquida. Las burbujas se adhieren a las partículas, la
fuerza ascendente del conjunto partícula-burbujas de gas es tal, que hace que suba a la
superficie. De esta forma se logra el ascenso de las partículas de densidad mayor que el
líquido. La elevación de las partículas con densidad menor que el líquido puede también
verse facilitada (aceite en agua). Una vez que las partículas están flotando en la superficie,
pueden recogerse mediante un desnatador.
En el tratamiento de aguas residuales la flotación se utiliza para eliminar la materia
suspendida y concentrar los lodos biológicos. La principal ventaja de la flotación sobre la
sedimentación, es que las partículas muy pequeñas o ligeras se eliminan fácilmente en un
menor tiempo.
•
Filtración
En el tratamiento del agua residual, la filtración se utiliza para eliminar el flóculo biológico
del efluente secundario decantado o los precipitados de la remoción química del fósforo. El
desecado de los subproductos (lodos) del tratamiento de aguas, es otra de las aplicaciones
del proceso.
En suma, la filtración se utiliza en los tres campos de tratamiento de agua: la
potabilización, la depuración de aguas residuales y el tratamiento de lodos.
37
El medio granular que se ha utilizado incluye arena, carbón de antracita machucada, tierra
de diatomeas, carbón activado en polvo o granulado. El medio granular puede ser de un
solo tipo o de una combinación de estos. Un filtro de doble lecho que se utiliza
extensamente consiste de una capa de carbón sobre arena. Los filtros de medio múltiple
consisten, por ejemplo, en carbón, arena sílice y arena de granate. El medio más
comúnmente usado es el de arena de sílice.
Los mecanismos implicados en la eliminación de materia en suspensión por un filtro son
muy complejos. Muchos investigadores han discutido los diversos factores que pueden
tener una influencia importante en el proceso. Los mecanismos dominantes dependen de
las características físicas y químicas de la suspensión y del medio, velocidad de filtración y
características químicas del agua.
1.4.1.2 Procesos químicos
Operaciones en las cuales la remoción o tratamiento de los contaminantes se realiza
mediante la adición de reactivos que llevan a cabo diferentes reacciones químicas.
•
Coagulación
El proceso de coagulación consiste en la aglomeración (coagulación) de partículas o con
ayuda de un coagulante químico, para formar flóculos de mayor tamaño capaces de ser
separados por procesos subsecuentes como la sedimentación o la filtración. El proceso de
coagulación ha sido usado como pretratamiento incrementando la remoción de la materia
suspendida y/o para reducir la carga biológica de las unidades de tratamiento secundario.
El reactivo más utilizado, por su bajo costo, es el sulfato de aluminio al2(SO4)3. Este
tratamiento se aplica en situaciones específicas, por ejemplo, cuando:
ο
ο
ο
ο
ο
El agua residual contiene gran cantidad de compuestos tóxicos.
Los componentes del agua residual no son biodegradables.
Los reactivos para el tratamiento se encuentran disponibles a bajo costo.
Se desea garantizar la sedimentación de los sólidos.
Como pretratamiento en un tren de tratamiento avanzado (es decir, después del
tratamiento secundario) con el fin de aumentar la eficiencia de los procesos
subsecuentes de remoción, por la eliminación del material coloidal.
También se cuenta con ayudas para la coagulación que son materiales usados en
concentraciones relativamente pequeñas y que aceleran el fenómeno. Estos se clasifican
en: a) oxidantes (cloro y el ozono), b) agentes ponderados (arcilla), c) sílice activado y d)
polielectrolitos (Culp, 1977).
•
Precipitación química
La precipitación química es un proceso que consiste en la adición de reactivos con el
propósito de que reaccionen con compuestos solubles específicos, en residuos líquidos,
para formar compuestos químicos diferentes que cambian su estado físico y pueden
separarse.
38
La precipitación de los hidróxidos metálicos es función de la concentración del ion metálico
y del pH. En general, a medida que el pH aumenta, la solubilidad del hidróxido metálico
disminuye.
•
Oxidación química
El propósito de la oxidación en el tratamiento de aguas es convertir especies químicas no
deseables en especies que no sean peligrosas ni deterioren la calidad del agua. El nivel de
oxidación deseado es determinante desde el punto de vista económico, tanto por los
reactivos oxidantes, como por el diseño de unidades con el tamaño adecuado para lograr
el tiempo de reacción: a) adición de oxígeno, b) pérdida de hidrógeno y c) pérdida de
electrones.
La adición de químicos fuertes como el ozono, es por lo general caro, mientras que el uso
de otros oxidantes más baratos, como el cloro, no pueden ser empleados
indiscriminadamente debido a la formación de compuestos orgánicos clorados, como los
trihalometanos.
•
Intercambio iónico
Las operaciones de intercambio iónico son básicamente reacciones químicas de
sustitución entre un electrolito en solución y otro en estado insoluble. El mecanismo de
estas reacciones y las técnicas utilizadas para lograrlas son tan parecidas en la absorción,
que para la mayoría de los fines de ingeniería, el intercambio iónico puede considerarse
simplemente como un caso especial de la absorción (Treybal, 1984).
Los iones son retenidos por acción de fuerzas electrostáticas localizadas en grupos
funcionales en la superficie de los sólidos. Los materiales de intercambio iónico son
gránulos contenidos en lechos empacados (resinas) que pueden ser regenerados. Sin
embargo, los principales problemas en el uso de intercambio iónico son la regeneración de
la resina en forma eficiente, la disponibilidad o recuperación de la solución de lavado y el
tiempo de vida de las resinas.
•
Desinfección
Es la destrucción de organismos potencialmente dañinos y comúnmente, constituye la
etapa final de todo tratamiento del agua. En las plantas de tratamiento debe ponerse
especial atención en la selección de esta etapa para evitar la formación de compuestos no
deseados.
La desinfección puede realizarse aplicando métodos físicos (elevación de la temperatura,
luz ultravioleta) o químicos en los que se usan sustancias llamadas desinfectantes, como
son el cloro, el ozono y los iónes metálicos.
Un desinfectante ideal para el agua debe cumplir con las siguientes propiedades:
ο
ο
ο
ο
Destruir todas las clases y cantidades de agentes patógenos.
No tóxico para el hombre y los animales domésticos.
No tener un sabor desagradable.
De costo razonable.
39
ο De manejo, transporte, almacenamiento y aplicación seguros y fáciles.
ο Proporcionar protección residual contra la posible contaminación en las líneas de
conducción y tanques de almacenamiento.
ο No reaccionar con los compuestos presentes en el agua para producir
sustancias tóxicas.
El tiempo de contacto es comúnmente señalado como la variable más importante en la
desinfección. Chick en 1908, estableció que existe una relación inversamente proporcional
entre el número de microorganismos sobrevivientes a la acción de un desinfectante y el
tiempo de contacto, Dependiendo del tipo de agente químico, se ha observado que su
eficiencia es función de su concentración.
El tipo de microorganismos también influye en la eficiencia de la desinfección, por ejemplo,
las esporas de las bacterias son extremadamente resistentes, en contraste las bacterias en
crecimiento son fácilmente eliminadas.
La eficacia de desinfección de los agentes físicos es una función de la intensidad, análogo
a la concentración de los agentes químicos. Por otra parte, un incremento en la
temperatura acelera la tasa de muerte de microorganismos.
1.4.1.3 Procesos biológicos
En los procesos biológicos la materia orgánica contaminante que se encuentra en forma
coloidal o soluble es utilizada como alimento por los microorganismos presentes en los
tanques o reactores. De esta forma pueden obtener la energía necesaria para reproducirse
y llevar a cabo sus funciones vitales y la materia orgánica es transformada en nuevas
células y otros productos que pueden ser más fácilmente separados del agua.
La principal división entre los procesos biológicos para el tratamiento de las aguas
residuales, se hace con base en la forma en que los microorganismos realizan sus
procesos metabólicos en donde según el aceptor final de electrones se clasifican en
procesos aerobios (requieren oxígeno molecular O2 como aceptor final de electrones) y los
anaerobios que utilizan el CO2 como aceptor final de electrones. Esto se traduce en
sistemas muy diferentes entre sí, tanto en su microbiología como en sus aplicaciones, su
ingeniería y su control.
Dado que los microorganismos son los responsables de llevar a cabo el proceso biológico,
sus características metabólicas determinarán el tipo de aplicación, así como sus ventajas y
desventajas.
Las principales características, de los procesos aerobios y anaerobios, desde el punto de
vista energético se esquematizan en la figura 1.6. En ésta se observa que la energía
contenida en la materia orgánica contaminante, es utilizada por los microorganismos como
demanda química de oxígeno (DQO) o como demanda bioquímica de oxígeno (DBO), es
transformada en diversos productos dependiendo del metabolismo aerobio o anaerobio de
la célula. En general, una bacteria anaerobia utilizará el 10% de la energía contenida en
su alimento o sustrato para funciones de reproducción, lo que da origen a nuevas células y
el 90% restante lo dirigirá a la producción de gas metano. Por su parte, una bacteria
aerobia empleará, en presencia del oxígeno, de un 60 a 65% de la energía del sustrato en
40
la síntesis de nuevas células, mientras que la fracción restante es disipada en forma de
calor.
TRATAMIENTO
CH4 + CO2
(Biogás)
(92%)
Células
(4%)
Anaerobio
100%
(DQO)
C en el efluente 4%
H2O + CO2
Materia orgánica en
aguas residuales
(49%)
Aaerobio
Células
O2
(49%)
C en el efluente 2%
Figura 1.6 Esquema del flujo de energía en los procesos biológicos de tratamiento de aguas residuales
Sistemas aerobios
La tecnología del tratamiento de aguas residuales por vía aerobia está bien desarrollada y
es sin duda la más comúnmente aplicada. La experiencia acumulada y las altas eficiencias
en la remoción de la materia orgánica son algunas de las razones de su aceptación.
Existe un buen número de procesos aerobios, los que a su vez se subdividen en variantes.
En general pueden agruparse (Figura 1.7) en procesos de tipo extensivo (lagunas),
procesos de biomasa en suspensión (lodos activados en diversas formas) y proceso de
biopelícula (filtros percoladores y biodiscos).
Extensivos
PROCESOS
BIOLÓGICOS
Lagunas de oxidación
Lagunas aireadas
Lodos activados
Biomasa
suspendida
Completamente mezclados
De flujo pistón
Aireación extendida
Zanjas de oxidación
Película fija
Filtros percoladores
Discos biológicos (biodiscos)
Figura 1.7 Variantes de los procesos aerobios
A continuación se hace una breve descripción de cada uno de éstos.
41
Procesos extensivos
•
Lagunas de estabilización
Descripción del proceso
Las lagunas de estabilización son cuerpos de agua creados artificialmente, normalmente
construidos de tierra, presentan un bordo libre entre 0.5 y 1.0 metro dependiendo del área
de la laguna. Un sistema lagunar en fase de llenado, conformado por dos lagunas de
estabilización en serie, se muestra en la Foto1.2 indicándose en ella: las rejillas y
desarenador (1), la caja de distribución (2), la estructura de entrada a la primera laguna (3),
el centro de la laguna (4), taludes recubiertos de concreto (5), cunetas (6), salida de la
primera laguna (7), segunda laguna (8), salida de la segunda laguna (9) y las compuertas
de vaciado (10).
De acuerdo con el propósito del tratamiento de las aguas residuales, las lagunas de
estabilización se pueden clasificar en: lagunas anaerobias (remoción de sólidos y materia
orgánica), lagunas facultativas (remoción de materia orgánica y microorganismos
patógenos) y lagunas de maduración (remoción de patógenos).
Foto 1.2 Lagunas de estabilización
Las lagunas anaerobias son estanques profundos (2 –5 m), en los que se lleva a cabo la
sedimentación de sólidos y la degradación de la materia orgánica. En este tipo de lagunas
se pueden observar la presencia de algunas natas en su superficie, la generación de
burbujas (formación del biogás), la coloración del agua gris oscura y con frecuencia es
evidente el olor a huevo podrido, típico del sulfuro de hidrógeno que se emite a la
atmósfera, (Foto 1.3). Las variables que se deben controlar en este proceso son pH,
temperatura y carga orgánica. El efluente de una laguna anaerobia puede presentar una
coloración que puede variar entre amarillo a café oscuro y gris oscuro.
En algunas ocasiones las lagunas anaerobias, que inician su operación y/o reciben cargas
orgánicas reducidas, no llegan a establecer condiciones anaerobias y pueden presentar
una coloración rosada. Otro indicador a observar en ellas es el grado de asolvamiento
(acumulación de lodos, Foto 1.4), principalmente por ausencia de mantenimiento.
42
Una desventaja en éstas lagunas es el olor que puede generarse en el caso de recibir una
carga orgánica, mayor a la de diseño y también si el influente presenta una concentración
de sulfatos mayor a 500 mg/l. (CNA-IMTA, 1994). Posterior a esta laguna usted puede
encontrar una laguna facultativa.
Las lagunas facultativas se diseñan para tirantes entre 1.5 y 2 metros. En ellas el proceso
de degradación se lleva a cabo en tres fases, en el fondo de la laguna existen condiciones
anaerobias que generan biogás y que producen un ligero mezclado. La fase intermedia
llamada facultativa la llevan a cabo microorganismos facultativos y presentan la etapa de
transición entre las condiciones anaerobias y aerobias. En su superficie se lleva a cabo la
fase aeróbica, la producción de oxígeno se realiza por medio de las algas que utilizan
como fuente de energía la luz solar en el estanque, proveyéndole al agua una coloración
verde oscuro brillante (alta concentración de O.D y pH) y la ausencia de malos olores.
Algunas lagunas de estabilización presentan construcción de mamparas, como se muestra
en la Foto 1.5 con el objeto de incrementar la eficiencia del proceso, dando un
comportamiento de flujo pistón al fluido. La medición de la profundidad de lodos, consiste
en introducir en forma vertical una varilla cubierta con una toalla blanca en la laguna (Foto
1.6).
Foto 1.3 Laguna anaerobia, coloración gris del agua
Foto 1.4 Laguna de estabilización (anaerobia)
43
Foto 1.5 Laguna de estabilización con mamparas
Foto 1.6 Medición de tirante y profundidad de lodos en una laguna facultativa
Las lagunas de maduración también llamadas aerobias, son menos profundas que las
anteriores (1-1.5 m) y en ellas deben predominar las condiciones aerobias, la
concentración de oxígeno disuelto es superior a la de una facultativa, su objetivo es la
remoción de microorganismos patógenos, ya que la remoción de carga orgánica es
despreciable en ellas. El agua de las lagunas de maduración presenta una coloración
verde y esta libre de olor, ver Fotos 1.7, 1.8 (foto izquierda). En la misma figura se presenta
una estructura de salida (foto derecha). Generalmente las lagunas de maduración se
encuentran después de una laguna facultativa.
Foto 1.7 Laguna de maduración
44
Foto 1.8 Estructura de salida
Un esquema indicando la profundidad de las lagunas de estabilización se presenta en la
Figura 1.8.
Las lagunas de estabilización en función del lugar que ocupan, se pueden agrupar en
primarias o de aguas residuales crudas, y secundarias si reciben efluentes de otros
procesos. En relación con la secuencia de sus unidades pueden clasificarse en lagunas en
serie o en paralelo, pudiendo existir combinaciones de varios tipos. Los arreglos de un
sistema lagunar pueden comprender una única laguna facultativa (Figura 1.9); lagunas en
serie que incluyen: anaerobia, facultativa y maduración (Figura 1.10). Además es deseable
construir series del mismo tipo para permitir una operación en paralelo, (Figura 1.11). Las
lagunas anaerobias pueden ser diseñadas para operar individualmente o en paralelo,
(Figura 1.12). Otro posible arreglo se presenta en la Figura 1.13.
Bordo libre (0.5 – 1.0 m)
2a5m
Laguna Anaerobia
1.5-2 m
Laguna Facultativa
1-1.5 m
Laguna de Maduración
Figura 1.8 Esquema de la profundidad de las lagunas de estabilización
F
PT
Figura 1.9 Lagunas facultativas
PT
A
F
M
Figura 1.10 Lagunas en serie, anaerobia (A), facultativa (F), maduración (M)
45
PT
A
F
M1
A
F
M1
A
F
M1
Nota: PT = Pretratamiento
Figura 1.11 Sistema lagunares en paralelo
A
PT
F
A
Figura 1.12 Lagunas anaerobias (A) en paralelo previas a una laguna facultativa (F)
PT
A
F
M1
M2
Figura 1.13 Sistema lagunar constituido por laguna anaerobia, facultativa y dos de maduración
Los parámetros de control que principalmente se deben determinar se indican en la Tabla
1.7.
Tabla 1.7 Parámetros de control en lagunas de estabilización (Rango normal)
Parámetro
Color
Olor
PH
Temp. del agua
Temp. ambiente
Oxígeno disuelto
Anaerobia
Café
Sí
6.5 – 7.5
20-25º C
18 - 35º C
0
Facultativa
Verde oscuro
No
8 –9
20-25º C
18-35º C
> 6 mg/l
Maduración
Verde oscuro
No
8 -9
20-25º C
18-35º C
6 - 35mg/l
Evaluación del proceso
Se pueden llevar a cabo diferentes niveles de evaluación en lagunas de estabilización, los
cuales pueden ser consultados en el Manual de evaluación de lagunas de estabilización
elaborado por IMTA para CNA en 1998. Para cumplir con el propósito de este documento
se describen las bases para realizar una evaluación visual y diagnosticar su
funcionamiento.
46
El observador para poder identificar el tipo de laguna, deberá revisar cuidadosamente las
especificaciones de cada una de ellas y de preferencia realizar la medición de la
profundidad de las mismas.
Las lagunas de estabilización bien operadas no deberán presentar obstrucciones en las
estructuras de entrada y salida para cada laguna, ni excavaciones en los taludes
originadas por roedores o por alguna persona, ni crecimiento de malezas dentro y fuera de
ellas (por ejemplo en taludes y caminos de acceso), acumulación de lodos en las lagunas,
presencia de una gran cantidad de mosquitos.
Indicadores del funcionamiento de una laguna
Anaerobia
Se considera buen funcionamiento de una laguna anaerobia, sí en el estanque se observa
generación de biogás y una coloración gris; el efluente de ésta laguna debe presentar una
coloración café oscuro o gris.
Una laguna anaerobia no funciona en forma adecuada cuando recibe una carga orgánica
insuficiente, observándose una coloración del agua roja o rosada (presencia de bacterias
fotosintéticas). Lo anterior se debe a un error de diseño o a que recibe un caudal menor
para la que fue proyectada. Por otra parte un indicador de que la laguna anaerobia se
encuentra sobrecargada es un fuerte olor a huevo podrido.
Facultativa
El efluente de una laguna facultativa deberá presentar una coloración verde oscuro
brillante y no se deberá detectar
olor, en éste caso se debe considerar buen
funcionamiento. Sí el efluente de ésta laguna presenta una coloración verde opaco o
amarillo, se considera un funcionamiento regular, con disminución de pH y O.D.
(predominio de algas azul-verdosas). Sí esta laguna presenta mal olor y coloración gris a
negro se considera un mal funcionamiento.
Maduración
El efluente de una laguna de maduración deberá presentar una coloración verde, un pH
alcalino (mayor a 8) y no se deberá detectar olor.
La presencia de insectos o larvas de insectos en la laguna, indica un mantenimiento pobre
y una mala circulación.
Para llevar a cabo la evaluación de la planta se presenta el siguiente cuadro, él cual es
aplicable para cada una de las lagunas que la conforman.
47
Tabla 1.8 Laguna de estabilización
Observación
Si
Las estructuras de entrada y salida a la laguna se encuentran
obstruidas
Hay presencia de materia flotante en la laguna
La laguna se encuentra azolvada
Se observan zonas muertas en la laguna
Hay crecimiento de vegetación dentro de la laguna o alrededor de
ella
Existe evidencia de roedores en los diques (excavaciones)
Hay una población excesiva de insectos
Frecuencia con que se realiza el mantenimiento
Olor
Coloración del agua en la laguna
No
Observación
Diagnóstico
El observador deberá comparar sus resultados con los datos especificados en la
descripción del proceso y dar su diagnóstico.
Cómo considera el estado general de la operación y mantenimiento en la laguna
( ) BUENA
( ) REGULAR
( ) MAL
Para evaluar el funcionamiento del proceso, el observador deberá tomar dos vasos
transparentes, de preferencia de plástico; comparar el color y olor con las especificaciones
proporcionadas anteriormente en los indicadores del funcionamiento.
Como considera el funcionamiento de la laguna
( ) BUENA
( ) REGULAR
( ) MAL
•
Lagunas aireadas
Una laguna aireada es una laguna a la
cual se le han instalado aireadores
mecánicos o difusores de aire que
mediante burbujeo proporcionan la
cantidad de oxígeno suficiente con el
objeto de favorecer el crecimiento y
reproducción de bacterias aerobias
que llevan a cabo el proceso de
depuración del agua.
El proceso se asemeja al de lodos
activados con un tanque de aireación
sin recirculación de lodos. Una
fotografía de una laguna aireada se
presenta en la Foto 1.9.
48
Foto 1.9 Laguna aireada
Con frecuencia las lagunas aireadas están precedidas de cribado, desarenado y en
ocasiones por sedimentador primario o laguna anaerobia, posteriormente a una laguna
aireada puede presentarse una laguna de sedimentación que por su apariencia y
funcionamiento parece una laguna facultativa.
En algunas ocasiones este tipo de plantas de tratamiento carecen de desarenador y/o
sedimentador primario.
Una laguna aireada puede ser clasificada como una laguna completa o parcialmente
mezclada de acuerdo a la cantidad de oxígeno disuelto que posee y el grado de mezclado.
En las lagunas mezcladas el oxígeno suministrado es suficiente para mantener una misma
concentración a lo largo de todo el tirante de la laguna y el grado de mezclado sostiene los
sólidos biológicos en suspensión. Un diagrama de una laguna aireada completamente
mezclada se presenta en la Figura 1.14.
Figura 1.14 Laguna aireada completamente mezclada
Si la laguna aireada corresponde a una laguna parcialmente mezclada, la zona oxigenada
se localiza en la parte superior del tirante y el grado de mezclado es insuficiente para
mantener todos los sólidos biológicos en suspensión. Un diagrama de una laguna aireada
parcialmente mezclada se presenta en la Figura 1.15.
Figura 1.15 Laguna aireada parcialmente mezclada
Las lagunas aireadas se emplean en el tratamiento de las aguas de desechos tanto
industriales como municipales para degradar biológicamente la materia orgánica debido a
que ocupan una superficie menor que una laguna de estabilización y presentan costos de
construcción, operación y mantenimiento menores que un proceso de lodos activados. Sin
embargo requieren de una superficie de terreno apreciablemente mayor que dicho
proceso.
49
Las lagunas aireadas, al igual que las
lagunas de estabilización, se forman por
excavación en tierra, con formación de
bordos producto de la excavación o con
material de banco. Usualmente se
construyen de una forma rectangular,
excepto
cuando
por
causas
topográficas es posible aprovechar
depresiones del terreno para ahorrar
excavaciones y formación de bordos.
De esta forma se tiene un estanque de
3 a 4 m de profundidad, donde el agua
posee un tiempo de retención de 1 a 6
días, período durante el cual se oxigena
el agua. Una fotografía de un sistema
lagunar con lagunas aireadas se
Foto 1.10 Sistema lagunar que presenta lagunas aireadas
presenta en la Foto 1.10.
Variaciones al sistema de aireación
En las lagunas aireadas; la aireación se realiza por medio de aireadores de “succión”, los
cuales arrojan el agua superficialmente formando un hongo o bien mediante aireadores de
tubo de los llamados tipo “cañón”.
Un esquema de aireador de “succión” se presenta en la Figura 1.16 y uno tipo “cañón” en
la Foto 1.11.
Figura 1.16 Aireador de “succión”
Foto 1.11 Aireador de tubo tipo “cañón”
En el sistema de aireación por difusión, el aire se suministra por medio de sopladores que
lo conducen a través de tuberías hasta los difusores que se encuentran en el fondo de la
laguna y permiten su salida mediante un burbujeo. En el mercado existen diferentes
modelos de difusores de muy diversos precios y materiales que proporcionan desde
burbujas finas emitidas a través de cuerpos porosos (platillos, boquillas, etc.), hasta
burbujas grandes donde el aire se inyecta directamente por medio de tubos perforados.
50
Parámetros de control visual
Los siguientes conceptos son importantes en la evaluación de un sistema lagunar basado
en lagunas aireadas. En la Tabla 1.9, se muestran los indicadores del funcionamiento de
una laguna aireada
Tabla 1.9 Indicadores del funcionamiento de una laguna aireada
Indicador
LIMPIEZA
1) Basura y natas en las esquinas de las lagunas
2) Presencia de hierba en los bordos interiores
3) Presencia de maleza acuática
4) Indicios de asolvamiento
5) Presencia de espumas
6) Presencia de mojones de lodo flotando
7) Presencia de mosquitos
8) Presencia de malos olores
AIREACIÓN MECÁNICA
9) Tipo de aireadores instalados
10) Número de aireadores instalados
11) ¿Funcionan todos los aireadores?
12) Número de aireadores funcionando
AIREACIÓN POR DIFUSIÓN
13) Número de difusores instalados
14) ¿Funcionan todos los difusores?
15) Número de difusores funcionando
Verificación
Si (
Si (
Si (
Si (
Si (
Si (
Si (
Si (
)
)
)
)
)
)
)
)
No (
No (
No (
No (
No (
No (
No (
No (
)
)
)
)
)
)
)
)
(
) cañon
( ) succión
( ) aireadores
Si ( )
No ( )
( ) aireadores
(
Si (
)
(
) difusores
No (
) difusores
)
Diagnóstico
La laguna aireada opera bien si las respuestas del 1) al 8) son negativas,
independientemente de las condiciones de aireación.
La laguna aireada opera regular si tres de las respuestas del 1) al 8) son afirmativas, o el
número de aireadores o difusores operando es menor que la mitad de los instalados.
La laguna aireada opera mal si la respuesta 8) es afirmativa, independientemente de todos
los demás indicadores.
51
Procesos de biomasa en suspensión
•
Lodos activados
El proceso de lodos activados es una
forma de tratamiento donde el agua
residual y el lodo biológico o activado
-formado
por
una
población
heterogénea de microorganismos-,
son mezclados y aireados en un
tanque o reactor; para posteriormente
ser
separados
mediante
sedimentación y recircularlos dentro
del sistema (Foto 1.12).
Foto 1.12 Planta de lodos activados
Aspectos generales del proceso
En el proceso de lodos activados, los microorganismos son completamente mezclados con
la materia orgánica del agua residual, la que sirve de alimento para su propio crecimiento y
reproducción. A medida que la población de microorganismos aumenta, se agrupa y forma
flóculos para producir una masa activa llamada lodo activado.
El lodo activado es de color café, cuando es sano huele a “tierra mojada”, presenta una
estructura granular y sedimenta rápidamente.
El agua residual que ingresa continuamente al tanque de aireación del sistema, se une con
los lodos activados recirculados provenientes del sedimentador secundario, donde el aire
es introducido para realizar una mezcla completa y proporcionar el oxígeno necesario para
que los microorganismos remuevan la materia orgánica. La mezcla de lodo activado y agua
residual que se produce en el tanque de aireación, se llama “licor mezclado”, el cual se
envía a un tanque de sedimentación secundario o clarificador donde el agua se decanta
para posteriormente ser desinfectada, y parte del lodo activado sedimentado se recircula,
el sobrante se envía a tratamiento o disposición.
El aire es introducido al tanque de aireación, ya sea mediante difusores (Fotos 1.13 y 1.14)
que se colocan en el fondo o por aireadores mecánicos superficiales los que pueden ser
fijos, ubicados sobre plataformas o flotantes (Fotos 1.15 y 1.16).
52
Foto 1.13 Difusor
Foto 1.15 Aireador mecánico
Foto 1.14 Sistema de difusión
Foto 1.16 Aireador mecánico funcionando
Variantes del proceso
Lodos activados convencional (Flujo pistón)
El agua a tratar y el lodo activado recirculado entran en el tanque de aireación y se
mezclan con aire disuelto o con agitadores mecánicos. El suministro del aire suele ser
uniforme a lo largo de toda la longitud del canal. Durante el período de aireación, se
produce la adsorción, floculación y oxidación de la materia orgánica. Los sólidos del lodo
activado se separan en un sedimentador secundario, los tiempos de retención hidráulica
varían entre 4 a 8 horas. Un diagrama de este proceso se muestra en la Figura 1.17.
53
Figura 1.17 Sistemas de lodos activados convencional
Estabilización por contacto
En esta variante, el agua residual entrante al proceso (efluente primario), es aireada
durante un tiempo de 20 a 30 minutos en un tanque llamado “tanque de contacto” para que
los microorganismos absorban los contaminantes orgánicos sin dar oportunidad de asimilar
la materia orgánica. El lodo activado pasa a sedimentación y es conducido a un tanque
llamado “tanque de estabilización” donde se airea de 1.5 a 3 horas para degradar la
materia orgánica. Parte del lodo recirculado se desecha y el restante se envía al tanque de
contacto. Tal como se muestra en la Figura 1.18.
Figura 1.18 Estabilización por contacto
Aireación decreciente (Tapered aereation)
En tanques de aireación largos y angostos -relación largo/ancho mayor de 8- se presenta
un flujo tipo pistón con una demanda mayor de oxígeno a la entrada, disminuyendo hasta
la salida. La cantidad total de aire se obtiene como en un proceso de lodos activados
convencional, pero su distribución se hace decrecer a lo largo del tanque colocando menos
difusores o aireadores. Tal como se muestra en la Figura 1.19.
54
Figura 1.19 Sistema de Aireación decreciente
Aireación por etapas o aireación por pasos (Step aereation)
Esta variante consiste en introducir el agua residual en varios puntos a lo largo del tanque
de aireación. En los sitios de alimentación se esparce la demanda de oxígeno, resultando
una mayor eficiencia en la distribución del aire inyectado al sistema. Tal como se muestra
en la Figura 1.20.
Figura 1.20 Aireación por etapas, también llamada Aireación por pasos
Aireación extendida
Esta modificación consiste en aumentar el tiempo de retención hidráulica en el sistema de
12 a 36 horas en lugar de 6 a 8 horas que emplea el proceso convencional. Este periodo
de aireación permite que el lodo sea parcialmente digerido dentro del tanque de aireación.
Una variación del sistema de aireación extendida es la llamada “zanja de oxidación”, que
consiste en un tanque de aireación formado por un canal cerrado donde un rotor o aireador
mecánico generalmente del tipo cañón introduce el oxígeno suficiente al licor mezclado y
mantiene la mezcla en movimiento. Tal como se muestra en la Figura 1.21.
55
Figura 1.21 Aireación extendida -Zanja de oxidación
Mezcla completa
Esta modificación consiste en uniformizar la aireación y la entrada del licor mezclado en el
tanque de aireación y extraer los lodos de una forma igualitaria a lo largo del tanque. Con
este sistema se logra que la demanda de oxígeno permanezca constante en todos los
lugares del tanque de aireación siendo más eficiente la utilización del aire suministrado. Tal
como se muestra en la Figura 1.22.
Figura 1.22 Sistema de Lodos activados en Mezcla Completa
Sistema de oxígeno puro
Desde 1970, ha habido interés por los sistemas que utilizan oxígeno puro en lugar de aire,
para eficientar los requerimientos de bacterias aerobias que realizan la depuración del
agua. Los tanques de aireación en esta modalidad, se encuentran cubiertos y el oxígeno
es recirculado a través de varias etapas que corresponden a diferentes compartimentos
provistos por un agitador superficial que realiza la mezcla de agua y lodo permitiendo la
inclusión del oxígeno.
El sistema permite el uso eficiente del oxígeno proporcionado con bajos requerimientos de
energía. El número de etapas depende de la concentración de carga orgánica del desecho,
características del agua a tratar y calidad del efluente deseado.
El oxígeno empleado se genera en el sitio de la planta, en donde si la planta es grande el
aire se licua y destila en unidades criogénicas; mientras que en plantas pequeñas la
separación del oxígeno se obtiene adsorbiendo el nitrógeno del aire.
56
Un diagrama de un tanque de suministro de oxígeno puro en sistema de lodos activados
con tres etapas, se presenta en la Figura 1.23.
Una característica de este proceso es que el contenido de oxígeno disuelto en el licor
mezclado del reactor presenta concentraciones de 6 a 12 mg/l, y los contenidos de sólidos
sedimentables son altos.
Figura 1.23 Tanque para un sistema de oxígeno puro en etapas múltiples
El proceso de lodos activados puede convertir casi toda la materia orgánica del influente en
sólidos. Dichos sólidos al ser removidos producen un efluente de alta calidad.
Desafortunadamente la sedimentación de sólidos floculentos es una operación difícil de
realizar, por lo que se requiere un control operacional cuidadoso del sistema.
Dentro de las variantes presentadas al proceso de lodos activados, las más utilizadas en
México son los sistemas convencionales y aireación extendida en la modalidad de zanjas
de oxidación.
Los siguientes términos son importantes en la evaluación del proceso de lodos activados.
Tabla 1.10 Indicadores del mal funcionamiento de un tanque de aireación de lodos activos
Indicador
(A) LIMPIEZA
Basura y natas en las esquinas de los tanques rectangulares o cuadrados
(B) Presencia de espuma café
(C) Presencia de espuma blanca
(D) AIREACIÓN MECÁNICA
Número de aireadores instalados
(E) ¿Funcionan todos los aireadores?
(F) AIREACIÓN POR DIFUSIÓN
¿Todo el tanque está aireado o agitado?
(G) ¿Se distribuye el aire uniformemente?
(H) ¿Hay diferencia de color y transparencia entre el influente y efluente?
Verificación
Si ( )
Si ( )
Si ( )
No ( )
No ( )
No ( )
( ) aireadores
Si ( )
No ( )
Si ( )
Si ( )
Si ( )
No ( )
No ( )
No ( )
57
Tabla 1.11 Sedimentador secundario (rectangular o circular)
Indicador
AGUA DEL SEDIMENTADOR
(I) Presencia de burbujas
(J) Presencia de lodo flotando
(K) Presencia de natas
(L) ¿Hay diferencia de color y transparencia entre el influente y el efluente?
MECANISMO
(M) ¿Gira bien el sistema de rastras?
Verificación
Si (
Si (
Si (
Si (
)
)
)
)
No (
No (
No (
No (
)
)
)
)
Si ( )
No ( )
Verificación
Indique el color
Si ( )
Si ( )
No ( )
No ( )
Calidad de los lodos
Indicador
(N) ¿Cuál es el color del lodo en el sedimentador?
(O) ¿El lodo producido huele a “tierra mojada”?
(P) ¿Sedimenta el lodo rápidamente?
Tomando con el vaso transparente agua del tanque de aireación, se puede dar uno cuenta
de la velocidad de sedimentación de los lodos en el sedimentador secundario. Los lodos
deben sedimentar en menos de 30 minutos dejando en la superficie un sobrenadante claro.
Un lodo sano debe tener un color café, con apariencia granular, con olor a tierra mojada y
sedimentación rápida.
Diagnóstico
Si H es afirmativa el proceso funciona aceptablemente independientemente de la presencia
o ausencia de los demás indicadores.
Si H es negativa el proceso funciona mal independientemente de la presencia o ausencia
de los demás indicadores.
Sedimentador secundario.
Si I, J y K son afirmativas el sedimentador secundario funciona mal.
Si solo 2 de los anteriores indicadores fueron afirmativos el sistema funciona regular.
Si todos los indicadores resultaron negativos el sistema funciona bien.
Sedimentador secundario
El sedimentador secundario opera mal:
Si la respuesta (M) es negativa o bien, si (I), (J) y (K) son afirmativas.
Si la respuesta (N) es café oscuro o negro.
Si sólo 2 de los indicadores (I), (J) y (K) fueron afirmativos el sedimentador secundario
opera de una forma regular.
Si 3 indicadores anteriores, fueron negativos y las respuestas (O) y (P) son positivos; el
sedimentador secundario opera bien.
58
Si la respuesta (L) es negativa el sistema funciona mal independientemente de todos los
demás indicadores.
•
Las zanjas de oxidación son una variante del proceso de lodos activados por aireación
prolongada. El proceso se basa en suministrar el oxígeno por medio de rotores o
aireadores mecánicos que hacen circular el agua en un canal cerrado, ésta actividad
también se puede llevar acabo por difusores que se complementan con agitadores
superficiales o sumergidos que le imprimen una velocidad horizontal al agua (licor
mezclado) de 25 a 35 cm/s.
El proceso se asemeja a la
autopurificación de un río que
mantiene condiciones aerobias en su
recorrido, con una inoculación de
microorganismos (lodos activados)
en el lugar de la aplicación de las
aguas residuales. Tal como se
muestra en la Foto 1.17.
Este tipo de proceso biológico, es
una modificación del proceso de
lodos activados con las siguientes
características:
ο
ο
ο
ο
Población a servir:
Consumo de energía:
Eficiencia de reducción de DBO:
Oxígeno disuelto en el efluente:
Foto 1.17 Zanja de oxidación
De 1,000 a 100,000 habitantes
De 1 a 3 kg de DBO/kwh
De 90 a 98%
Más de 1.5 mg/L
Variaciones al proceso
En función de la población a servir, se recomiendan tres tipos de zanjas de oxidación:
1. Tipo canal simple, para poblaciones hasta de 1,000 habitantes.
2. Tipo canal doble para poblaciones entre 1,000 y 5,000 habitantes.
3. Tipo carrusel para poblaciones mayores de 5,000 habitantes.
Tipo canal simple
Este tipo de zanja consiste únicamente en un canal cerrado que posee una isleta divisoria,
tal como se muestra en la Figura 1.24. El agua se mueve por medio de rotores (ver Foto
1.18) o aireadores de tubo, también llamados tipo “cañón” (ver Figura 1.27) que
proporcionan aireación e impiden que se sedimenten en el fondo los sólidos suspendidos
volátiles del licor mezclado. Dentro de la zanja se acostumbra construir una fosa que
acumule los lodos y que parcialmente los digiera para posteriormente desalojarlos.
59
Figura 1.24 Zanja de oxidación tipo canal simple
Tipo canal doble
Este tipo de zanja consiste en dos
zanjas tipo canal simple unidas tal
como se muestra en la Figura 1.25.
Al igual que en el caso anterior el
agua se airea y mueve por medio
de rotores o aireadores tipo cañón
colocados al principio de la parte
recta de los canales. En función del
cálculo de los lodos producidos, el
canal de interconexión de las
zanjas puede tener o carecer de
tolva de concentración de lodos.
Tipo carrusel
Figura 1.25 Zanja de oxidación tipo canal doble
Este tipo de zanja consiste en un canal cerrado de gran desarrollo, tal como se muestra en
la Figura 1.26. El agua de mueve por medio de aireadores mecánicos del tipo “trompo” que
proporcionan aireación e impulsan el agua para mantener en suspensión los sólidos
suspendidos volátiles del licor mezclado. Los lodos se separan por medio de un
sedimentador secundario y parte de los cuales se retornan a la zanja.
Figura 1.26 Zanja de oxidación tipo carrusel
60
Variaciones al sistema de aireación
En las zanjas de oxidación tipo canal
simple y canal doble, la aireación se
realiza por medio de rotores (cepillos), o
bien por medio de aireadores de tubo de
los llamados tipo “cañón”.
Un rotor típico tiene un diámetro
aproximado de 30 in (76.20 cm), con
una velocidad de 75 rpm, trabajando con
una inmersión de 6 in (15.24 cm) para
producir una velocidad del flujo en el
canal no menor de 1ft/s (30.48 cm/s) y
una capacidad de oxigenación del orden
de 6 lb/h (2.72 kg/h) de oxígeno disuelto.
Una fotografía de un rotor trabajando se
presenta en la Foto 1.18 y un esquema
de aireador tipo “cañón” se presenta en
la Figura 1.27.
Foto 1.18 Rotor de aireación (cepillo)
Figura 1.27 Aireador de tubo tipo “cañón”
Figura 1.28 Aireador tipo “trompo”
En las zanjas tipo carrusel el movimiento y oxigenación del agua también se logra
mediante aireadores del tipo “trompo”.
Parámetros de control visual.
Los siguientes términos son importantes en la evaluación del proceso de zanjas de
oxidación.
61
Zanja de oxidación
Indicador
1) Presencia de espuma café
2) Presencia de espuma blanca
AIREACIÓN POR ROTORES
3) Número de rotores instalados
4) ¿Funcionan todos los rotores?
5) Número de rotores funcionando
AIREACIÓN POR AIREADORES
6) Tipo de aireadores instalados
7) Número de aireadores instalados
8) ¿Funcionan todos los aireadores?
9) Número de aireadores funcionando
10) ¿Es suficiente la velocidad superficial del agua en la zanja para
evitar la sedimentación de sólidos?
Verificación
Si ( )
Si ( )
No ( )
No ( )
(
) rotores
(
) rotores
Si ( )
No ( )
( ) cañon
( ) trompo
) aireadores
No ( )
) aireadores
(
Si ( )
(
Si ( )
No ( )
La velocidad superficial del agua dentro de la zanja –Pregunta 10)- deberá de ser mayor de
0.30 m/s. Para estimarla se puede arrojar algún objeto flotante en una parte recta y
determinar el tiempo que tarda en recorrer una distancia conocida. El resultado que resulta
de dividir la distancia conocida -medida en metros-, entre el tiempo empleado en recorrerla
-medido en segundos-, proporciona dicha velocidad.
Sedimentador secundario (rectangular o circular)
Indicador
AGUA DEL SEDIMENTADOR
11) Presencia de burbujas
12) Presencia de lodo flotando
13) Presencia de natas
14) ¿Hay diferencia de color y transparencia entre el influente y el efluente?
MECANISMO
15) ¿Gira bien el sistema de rastras?
Verificación
Si (
Si (
Si (
Si (
)
)
)
)
Si ( )
No (
No (
No (
No (
)
)
)
)
No ( )
Calidad de los lodos
Indicador
16) ¿Cuál es el color del lodo en el sedimentador?
17) ¿El lodo producido huele a “tierra mojada”?
18) ¿Sedimenta el lodo rápidamente?
Verificación
Indique el color
Si ( )
No ( )
Si ( )
No ( )
Después de colectar el agua de la zanja de oxidación, mediante un vaso transparente, se
puede dar uno cuenta de la velocidad de sedimentaciòn de los lodos en el sedimentador
secundario. Los lodos deben sedimentar en menos de 30 minutos dejando en la superficie
un sobrenadante claro.
Un lodo sano debe tener un color café, con apariencia granular, con olor a tierra mojada y
sedimentación rápida.
Diagnóstico
Zanja de oxidación
La presencia de espumas representa una baja concentración de lodos en la zanja de
oxidación –respuestas 1) y 2)-.
62
Si la respuesta 10) es afirmativa, el proceso funciona aceptablemente independientemente
de la presencia de los demás indicadores.
El sedimentador secundario opera mal:
Si la respuesta 15) es negativa o bien, si 11), 12) y 13) son afirmativas.
Si la respuesta 16) es café obscuro o negro.
Si sólo 2 de los indicadores 11), 12) y 13) fueron afirmativos el sedimentador secundario
opera de una forma regular.
Si 3 indicadores anteriores, fueron negativos y las respuestas 17) y 18) son positivos; el
sedimentador secundario opera bien.
Si la respuesta 14) es negativa el sistema funciona mal independientemente de todos los
demás indicadores.
Procesos de película fija
El concepto de biopelícula o película biológica fija introduce modificaciones sustanciales a
los procesos de biomasa suspendida. La ventaja fundamental es lograr un aumento en el
tiempo de retención celular, sin recurrir a la recirculación de la biomasa como es el caso de
los lodos activados, obteniéndose lodos con una buena sedimentabilidad. Por otra parte, la
concentración de biomasa dentro del reactor se incrementa de forma considerable.
Los diferentes tipos de procesos de biopelícula aerobia, se clasifican de acuerdo al tipo de
soporte inerte que se introduce a los reactores para que se adhieran los microorganismos.
Se tiene así, el lecho fijo, filtros rociadores o biofiltros, y el lecho móvil, discos biológicos
rotatorios y lecho fluidificado o expandido. Actualmente, son los filtros percoladores y los
biodiscos, en este orden, los más utilizados.
•
Sistemas de filtros percoladores
El sistema de filtro percolador o rociador consiste en un tanque de forma circular (Figura
1.29), conteniendo un lecho filtrante formado por un relleno de grava, carbón, pedacería de
ladrillo, piedra triturada (6-9 cm de diámetro) o módulos de plástico de tipo laminar. La
profundidad de los lechos puede tener de 1.5 a 2.5 m para empaques o rellenos de piedra
y de 3 a 7 m para empaques plásticos de diversas formas. Un distintivo e importante
elemento es el sistema de distribución del agua residual, siendo muy común el tipo
rotatorio que se monta sobre un muelle o brazo central a la mitad del filtro. En la Figura
1.29 se muestra el corte transversal de un filtro percolador evidenciando la entrada del
influente que se bombea hasta el sistema de distribución filtrándose a través del relleno
(grava o piedra) y posteriormente se recolecta esta agua ya tratada (agua residual más
limpia) a través de conductos de drenaje en el fondo del filtro por donde sale ya el efluente
a un sedimentador secundario.
63
FUENTE: Reynolds, 1982
Figura 1.29 Filtro percolador con un distribuidor rociador.
En la Foto 1.19 se muestra el relleno (grava) de un filtro percolador así como el muelle
giratorio por el cual se distribuye el agua residual (note el chorro de agua que sale de los
orificios del tubo distribuidor). El impulso del chorro de agua se aprovecha para hacer girar
el muelle.
El relleno de los filtros percoladores
funciona como soporte sobre el que
crecen
bacterias
(microorganismos
pequeños no visibles al ojo humano).
Conforme el agua residual pasa a través
del lecho, las bacterias se nutren del
material
orgánico
(materia
fecal,
residuos alimentarios etc.) presente en
el agua residual y de oxígeno disuelto en
éste. Como consecuencia del aumento
poblacional de las bacterias se forma
una especie de costra (biopelícula)
sobre la superficie del empaque,
presentando un aspecto gelatinoso,
espesor uniforme y estratificada que con Foto 1.19 Acercamiento del material de relleno (grava) de
frecuencia es de color gris a gris café, se
un filtro percolador
oscurece en algunos casos.
La capa superficial de los microorganismos o bacterias consume rápidamente el oxígeno,
por lo que frecuentemente se encuentran zonas anaerobias (zonas con ausencia de
oxígeno) en el interior de la biopelícula. Cuando se desprende la biopelícula, esta es
arrastrada por el agua tratada hasta el fondo del filtro llegando finalmente hasta el
sedimentador secundario, donde los sólidos son separados por sedimentación mientras
que el agua tratada se retira en la superficie a través de los vertederos.
64
Fuente: Reynolds, 1982
Foto 1.20 Filtro percolador con varios distribuidores rotatorios.¡
Recirculación opcional
LP
FP
Influente PT
SP
SS
Efluente
Q
Lodo secundario, Qr ≈ 10% Q
Figura 1.30 Tren de tratamiento que incluye un filtro percolador. (caudal (Q); caudal de recirculación (Qr);
pretratamiento (PT); sedimentador primario (SP); lodos primarios (LP); filtro percolador (FP);
sedimentador secundario (SS))
En el diagrama de Flujo (Figura 1.30) se muestra el tren de tratamiento del agua residual
que inicia con el pretratamiento, seguido de un sedimentador primario, el filtro percolador y
finalmente un sedimentador secundario que tiene como función eliminar a los
microorganismos acumulados y que periódicamente se desprende del filtro, recirculando
un 10% de éstos hacía el sedimentador primario. En este último sedimenta tanto los
sólidos de la biopelícula como los del agua bruta.
Variantes de filtros biológicos de doble etapa
Otro posible esquema de trabajo consiste en que el filtro percolador se opere en dos
etapas (intervienen dos filtros percoladores operados en serie). Nótese también los
arreglos de recirculación entre ambos filtros (Figura 1.31).
65
R1
R2
Influente
Efluente
SP
SS
Q
Figura 1.31 Diagrama de flujo de un sistema percolador operado en 2 etapas con recirculación (R1 y R2),
sedimentador primario (SP) y sedimentador secundario (SS)
El material de construcción de los tanques de los filtros percoladores suele ser de concreto
reforzado y de un diámetro muy variable entre 3 a 40 m. No se debe confundir un filtro
percolador con un sedimentador, ya que ambos son circulares y tienen un brazo diametral
giratorio. La gran diferencia entre ellos es que un filtro percolador tiene un brazo giratorio
que rocía agua residual, el sedimentador no; el filtro rociador esta relleno de grava o
piedras o incluso material plástico bien visibles a un espectador, mientras que un
sedimentador no tiene material de relleno y un observador sólo vería un estanque de agua
residual.
A continuación se invita al observador que evalúe el proceso de filtro percolador con base
a la presencia o ausencia de una serie de indicadores de problemas de funcionamiento
(Tabla 1.12).
Tabla 1.12 Indicadores de inadecuada funcionalidad de una planta con tratamiento
biológico de tipo filtro percolador
Clasificación
A
B
C
D
Indicador
Presencia de moscas
Malos olores
Falta de crecimiento de microorganismos sobre las piedras o grava
No hay diferencia de color y turbidez entre el agua residual que
entra y la que sale del sistema de filtro percolador
Positivo
Negativo
El más común de los problemas encontrados en los filtros percoladores es la presencia de
mosquitos (Psychoda) que crecen sobre el material de relleno del filtro. Generalmente los
mosquitos permanecen en las inmediaciones del filtro, sin embargo pueden llegar a
molestar a los operadores. Un control efectivo contra esta plaga suele ser inundar el lecho
un día del verano de esta forma las larvas del mosquito perecen.
Otro problema es el de mal olor cuando se opera el filtro a bajas velocidades y el agua
residual fermentada llega a la planta. Sin embargo es rara la presencia de mal olor en
plantas que se operan a altas cargas con recirculación continua.
66
Es obvio que los indicadores A-D son detectados mediante inspección visual, sin embargo,
para determinar el indicador E el observador deberá obtener agua del influente (agua
residual que entra al filtro biológico directamente) y del efluente (agua residual final).
Colocar los 2 tipos de agua en vasos limpios y transparentes marcando los mismos para
evitar confundir las aguas residuales y finalmente realizar la inspección visual.
Diagnóstico
Siguiendo la siguiente valoración el observador podrá realizar una evaluación primaria del
funcionamiento del sistema biológico, en este caso concreto, filtro percolador.
Si la observación D es positiva, el sistema de filtro percolador funciona mal,
independientemente del estado de los demás indicadores.
Si la observación D es negativa y cualquiera de los demás indicadores es positivo el
sistema funciona regular.
Si todos los indicadores fueron negativos el sistema funciona bien.
¿Cómo funciona el sistema de filtro percolador?
(Bien)
(Regular)
(Mal)
•
Sistema de discos biológicos rotatorios (Biodiscos)
Una unidad o etapa de biodiscos consiste en una serie de discos montados en un eje
central horizontal rotatorio e instalados en un tanque de concreto. En la Figura 1.32 y Foto
1.21 se puede observar los componentes principales de una unidad de biodiscos (el rotor,
el eje o flecha y los discos).
Unidad de Biodiscos
Cubierta
Discos
Flecha
Motor
Tanque
Figura 1.32 Principales componentes de una
unidad de Biodiscos
Foto 1.21 Unidades de Biodiscos en operación
67
La flecha y discos se hacen girar por medio de un mecanismo motriz acoplado a la flecha,
entre 1 y 2 r.p.m. El 40% de la superficie de los discos debe mantenerse dentro del agua
residual.
Inicialmente los discos se construyeron a base de madera, pero por su baja eficiencia se
buscaron nuevos materiales. Actualmente los materiales de construcción son polietileno y
poliestireno. La superficie de los biodiscos puede ser lisa o corrugada, siendo más eficiente
esta última. Los biodiscos al unirse, forman una estructura rígida, con un espaciamiento
entre capa y capa de 3.2 cm, formando unos canales radiales desde el centro del biodisco
hacia la periferia, de esta forma se asegura que el agua residual, el aire y la biomasa que
se desprende, pasen libremente dentro y fuera del medio (Figura 1.33).
FUENTE: Guerra Álvarez, 1982
Figura 1.33 Biodiscos con canaletas
En la Tabla 1.13 se detallan las dimensiones y materiales más comunes en la construcción
de los biodiscos.
Tabla 1.13 Dimensiones de los biodiscos
Diámetro (m)
Espesor (cm)
Separación entre los Biodiscos (cm)
Materiales utilizados
Densidad superficial (m2/m3)
Tamaño de población (habitantes)
Biodiscos lisos
2-3
0.13-1.3
3.4
Poliestireno,
121.4
10,000
Biodiscos con canaletas
3.6
3.2
Polietileno
122.7
-
Los biodiscos se sumergen en el agua residual justo por debajo del nivel del eje, en un
tanque con un fondo de forma cilíndrica, cuyo tamaño es ligeramente mayor que el de los
biodiscos. La forma cilíndrica del tanque no es obvia para un observador, ya que la forma
externa del tanque es de apariencia rectangular como se puede observar en la Foto 1.22.
68
Los biodiscos deben estar cubiertos
para su protección de los rayos solares,
evaporaciones y bajas temperaturas. En
la Foto 1.22 se observa que los
biodiscos se encuentran cubiertos por
láminas formando un semicilindro. En
este ejemplo en concreto una de las
unidades se ha descubierto para
realizar su limpieza. También es posible
ver los sedimentadores secundarios del
tren de tratamiento.
Foto 1.22 Unidad de Biodiscos en la planta de depuración
de aguas
Sobre cada biodisco crece una gran cantidad de organismos microscópicos (zooglea), pero
su conjunto forma una capa visible entre 4 mm hasta varios centímetros. La apariencia de
la capa es áspera con muchos filamentos (especie de hilos sobresalientes). La capa
adherida al disco se alimenta del oxígeno disuelto y de la materia orgánica contenida en el
agua residual (materia fecal, orina, desperdicios alimentarios etc.). El movimiento rotatorio
provoca que la biomasa en exceso se desprenda y quede en el seno del licor de mezclado
(lodo + agua residual tratada). El lodo que se va desprendiendo de los biodiscos se elimina
mediante sedimentadores intermedios.
Varias unidades o etapas de biodiscos pueden estar operando en paralelo o en serie como
se puede observar en las Fotos 1.23 y Figura 1.34, respectivamente. En el primer ejemplo
la operación se realiza en 5 etapas y en paralelo, mientras que en el segundo ejemplo las
unidades de biodiscos tienen un arreglo en serie.
Foto 1.23 Sistema de Biodiscos de 5 etapas
69
FUENTE: Guerra Álvarez, 1982
Figura 1.34 Sistema de biodiscos de 3 etapas, sin cubierta externa
En la Figura 1.35 se muestra un sistema de tratamiento de aguas residuales de biodiscos.
Es necesario pretratar el agua cruda para que pueda entrar a las etapas de los biodiscos.
Posteriormente el licor de mezcla que sale de los biodiscos es llevado hasta un
sedimentador secundario donde los lodos se asientan en el fondo y el agua tratada se
extrae por la superficie, colectándose en canales para su posterior desinfección.
Sedimentador
primario
Biodiscos
Sedimentador
secundario
Agua tratada
Licor mixto
Disposición de lodos
Agua residual cruda
Figura 1.35 Sistema de discos biológicos rotatorios en el tratamiento de aguas residuales
A continuación se dan algunos indicadores del mal funcionamiento de un sistema de
biodiscos de los cuales el observador podrá identificar mediante una inspección visual.
70
Tabla 1.14 Indicadores de inadecuada funcionalidad de una planta con tratamiento
biológico de biodiscos
Clasificación
Indicador
A
Desarrollo de una biopelícula blanca sobre el biodisco, dominando
la superficie.
B
Desarrollo de una biopelícula negra sobre el biodisco, dominando
la superficie.
C
Zonas del biodisco sin crecimiento de microbiano.
D
No hay diferencia de color y turbidez entre el agua residual que
entra y la que sale del sistema de biodiscos.
Positivo
Negativo
Diagnóstico
Si cualquiera de las observaciones anteriores (A-D) fueron positivas el sistema funciona
mal.
Si las observaciones A-B fueron positivas, el sistema funciona regular.
Si las observaciones C-D fueron positivas, el sistema funciona mal.
Si ninguna observación (A-D) fue positiva, el sistema funciona bien.
¿Cómo funciona el sistema de biodiscos?
(Bien)
(Regular)
(Mal)
Sistemas anaerobios
Para llevar a cabo la digestión anaerobia se han propuesto varios procesos con
configuraciones diferentes que buscan optimizar el sistema. Estas configuraciones pueden
agruparse por la forma en que se encuentra la biomasa en su interior, lo que origina dos
grandes bloques: reactores con crecimiento celular en suspensión y reactores con biomasa
fija. A continuación se describen brevemente los reactores anaerobios existentes.
Se clasifican en tres generaciones (Figura 1.36), de acuerdo a la evolución tecnológica que
presenten, la primera corresponde a aquellos procesos donde la biomasa se encuentra en
suspensión; en la segunda generación, los microorganismos son retenidos en el reactor
mediante un soporte o bien por sedimentación y; los de la tercera generación, donde los
microorganismos están adheridos en un soporte que se expande o fluidifica.
71
SISTEMAS
ANAEROBIOS
Biomasa en
suspensión
(1ª generación)
Fosa séptica
Tanque Imhoff
Laguna anaerobia
Digestor convencional
Digestor completamente mezclado
Contacto anaerobio
Biomasa fija
(2ª generación)
Filtro anaerobio
Reactor tubular de película fija
Reactor de lecho de lodos y flujo
ascendente (UASB)
Lecho expandido
(3ª generación)
Lecho expandido
Lecho fluidificado
Figura 1.36 Generaciones de los reactores anaerobios
Reactores de primera generación
Los primeros reactores de tipo anaerobio son, por un lado la fosa séptica y los digestores
de tipo rural con una alimentación semicontinua, de los que se tienen referencia desde el
siglo XIX. Estos digestores son utilizados para la producción de biogás a partir de
desechos agrícolas y ganaderos, por lo que una descripción detallada cae fuera del tema
de este texto.
En la actualidad estos sistemas se han difundido considerablemente a nivel doméstico o de
granja familiar, sobre todo en países subdesarrollados.
•
Fosa séptica
Las fosas o tanques sépticos son unidades que restablecen
en parte la calidad del agua generada en las actividades
domésticas de viviendas individuales o pequeños grupos de
viviendas (de 10 a 100 habitantes) en zonas donde no hay
drenaje. Su ubicación debe de encontrarse lo más lejos
posible de la zona habitada (hasta 100 m) para evitar los
malos olores producidos durante el tratamiento.
Consisten básicamente de un tanque construido
comúnmente con ladrillos, mortero y cemento, aplanados en
su interior y con una profundidad entre uno y dos metros
(ver Foto 1.24). Algunas veces tienen una trampa para
separar las grasas. Su construcción generalmente es
subterránea, como se muestra en la Foto 1.25 en la que
únicamente se observan sus tapas.
72
Foto 1.24 Fosa o tanque séptico
externo
a)
b)
Foto 1.25 Fosas o tanques sépticos subterráneos
Pueden ser de uno o más compartimientos. En la Figura 1.37 se observan los principales
componentes de un tanque séptico de un compartimiento y en la Figura 1.38 uno de dos
compartimentos. La remoción de DBO y SS en una fosa o tanque séptico de un
compartimiento es de 30 % y 60 %, respectivamente. Su tiempo de retención mínimo es de
12 horas y puede incrementarse hasta tres días, dependiendo de la calidad necesaria en el
efluente y del número de compartimientos. La forma más común de estos sistemas es
rectangular, aunque los hay de forma circular.
En los tanques sépticos no se logra degradar la materia orgánica hasta su forma más
oxidada, es decir hasta sus formas más sencillas. El efluente presenta concentraciones
considerables de materia orgánica, por lo que es necesario complementar el tratamiento
mediante un filtro de grava, un campo de infiltración o una cámara de oxidación,
dependiendo del uso que se pretenda dar al agua tratada. Por lo tanto el tanque séptico
funciona como un pretratamiento. Normalmente produce malos olores.
Sus componentes principales son: zona de espumas, zona de sedimentación y zona de
lodos. Esta última se subdivide en a) zona de digestión de lodos y corresponde a los lodos
de la parte superior, b) zona de almacenamiento correspondiente a los lodos del fondo.
Figura 1.37 Fosa o tanque séptico de un compartimiento
73
Figura 1.38 Fosa o tanque séptico de dos compartimientos
Los tubos de entrada y de salida deben de tener destapada la parte superior para permitir
el paso de los gases, especialmente en la salida, para evitar que formen parte del efluente.
Estos tubos funcionan como mamparas ya que reducen los cortocircuitos y facilitan la
hidráulica del agua en el tanque séptico. La parte superior de los tubos deben encontrarse
a una distancia de 15 a 20 cm por encima de la superficie del agua, sobrepasando el nivel
de la espuma. La parte inferior de los tubos deben estar sumergidos entre un 30 a un 40 %
de la profundidad del líquido en el tanque.
Tratamiento del efluente del tanque séptico.
1.- Filtro de oxidación. El tratamiento del efluente de un tanque séptico puede realizarse
mediante un filtro de oxidación de flujo ascendente instalado junto al efluente del tanque
séptico como se indica en la Figura 1.39. El filtro puede ser de grava o gravilla y
construirse de 50 cm de profundidad.
El efluente de este filtro descarga por la parte superior y el agua llega por su base.
Las bacterias se adhieren formando una capa en la superficie de la grava en donde se
oxida la materia orgánica reduciéndola hasta en un 70 %. También se reducen los malos
olores y la turbiedad. El filtro debe lavarse cada dos años de funcionamiento para
recuperar su capacidad de tratamiento.
Figura 1.39 Fosa o tanque séptico de dos compartimientos y un filtro de flujo ascendente
74
2.- Campos de infiltración. En este proceso se filtra y oxida
el efluente de tanque séptico. Consiste de una red de tubos
colocados por debajo de la superficie del suelo, el cual debe
ser permeable. En el lecho se desarrollan microorganismos
(bacterias, protozoarios) y otros seres como las algas y los
anélidos, que de manera conjunta eliminan la materia
orgánica (entre 80 y 90 %) y a microorganismos patógenos.
En la Figura 1.40 se muestra la distribución de los tubos
para un campo de infiltración en suelos permeables. En la
Figura 1.41 se muestra un corte transversal del campo de
infiltración en suelos poco permeables, que consiste de un
lecho de rocas de diferente diámetro y varían de 0.5 a 1.5 m
de profundidad. Estos campos de infiltración no deben de
construirse en zonas donde el manto acuífero se encuentra Figura 1.40 Fosa o tanque séptico
a una profundidad menor a 1.5 m de la superficie del y campo de infiltración Vista de
planta
terreno.
El campo de infiltración no debe construirse sobre pendientes muy pronunciadas, ya que
estas reducen la posibilidad de infiltración. El suelo impermeable no es apto para este
proceso.
Figura 1.41 Corte transversal de un campo de infiltración
Cámara de oxidación. Consiste de un tanque con tapa, construido en mampostería y
concreto como se muestra en la Figura 1.42, aunque el lecho de grava y piedra puede ser
sustituido únicamente por piedra. El tubo puede ser de barro vitrificado, concreto o de PVC,
contener perforaciones y ubicarse uno en la parte superior (influente) y uno en el fondo
(efluente) con las pendientes que se indican en la Figura 1.42. El efluente del tanque
séptico pasa por todas las superficies de roca, en donde los microorganismos oxidan
(biodegradan) la materia orgánica.
75
Figura 1.42 Cámara de oxidación
Pozo de absorción. Sirven para continuar el tratamiento del efluente de un tanque séptico
por medio de infiltración en el suelo. Es alto el riesgo de contaminar el agua subterránea
con el agua tratada con este método, especialmente en suelos muy permeables, por lo que
no debe encontrarse de manera somera el manto freático, ni ubicarse cercano a un pozo
de extracción de agua para suministro potable.
Pueden construirse varios pozos de absorción cuando sea grande el caudal proveniente
del tanque séptico (por ejemplo un pozo para cada 10 personas). En la Figura 1.43 se
observan los componentes de un pozo de absorción.
Con apoyo de un recipiente transparente compare la
apariencia que tienen el agua del influente y la del
efluente. La del efluente debe de ser más
transparente, aunque puede presentar poco mal olor,
por la materia orgánica que persiste en el agua.
El aspecto más importante a supervisar en el tanque
séptico es la medición de la capa de lodos y el del
grosor de las espumas. El objeto de esta medición es
para obtener información que permita conocer cuando
se deben de extraer los lodos ya que un exceso de
lodos disminuye el volumen de tratamiento, aumenta
la velocidad del caudal e incrementa la posibilidad de
descargar sólidos en el efluente. De igual modo, un
exceso de espuma incrementa el riesgo de la
descarga de sólidos.
Figura 1.43 Componentes de un pozo de
abasorción
76
La medición de los lodos se realiza utilizando enrollando una toalla blanca sobre un palo o
sobre algún carrizo, posteriormente se remueve el tapón del influente, ya que aquí no hay
espuma que pueda impregnar la toalla, se introduce lentamente el palo con la toalla hasta
que toque el fondo, se extrae lentamente y se miden las marcas dejadas por las espumas y
los lodos. El grosor de la capa de espumas puede medirse por la tapa del tanque séptico.
Es importante cerciorarse que se están midiendo los lodos de un tanque séptico y no la
profundidad de una cámara de oxidación.
El grosor máximo de la capa de lodos
debe de ser de un tercio de la
profundidad del tanque séptico, desde la
superficie del agua hasta el fondo de los
lodos. La profundidad de la espuma no
debe ser mayor a 10 cm de la parte más
profunda del tubo del efluente.
En la Foto 1.26 se observa el palo
preparado con la toalla blanca para la
medición de lodos (foto izquierda) y la
marca que dejan los lodos sobre la toalla
blanca (foto derecha).
Foto 1.26 Palo con toalla para medición de lodos
Responda las siguientes preguntas:
1. ¿Llega el agua sin taponamientos hasta el tanque séptico?
Si _____ No ______
Si contestó no determine la causa ____________________________________________.
2. Profundidad de lodos del tanque séptico. __________ cm.
3. ¿Cuándo se extrajeron los lodos por última vez? _________.
4. Profundidad de la espuma del tanque séptico. __________ cm.
5. ¿Qué tipo de tratamiento le sigue al tanque séptico?
a) Ninguno
________
b) Campo de infiltración
________
c) Cámara de oxidación
________
d) Pozo de absorción
________
6. Es somero el manto acuífero (agua subterránea). Profundidad ________ m
7. ¿Es la misma la cantidad de agua que entra y la que sale del tanque séptico?
Si contestó no verifique si hay fracturas o fugas.
8. Distancia del tanque séptico a la casa más cercana ________.
77
9 Estado general de las estructuras. Bueno ______ Regular _____ Malo _______
10 En el caso de los pozos de absorción determine el tiempo que tarda el agua en bajar
2.5 cm. Puede variar entre dos y 30 minutos, dependiendo del grado de permeabilidad del
suelo. Entre menor velocidad de infiltración se requiere más área para cada habitante.
Tiempo ________ minutos.
Diagnóstico
Con base en las preguntas y respuestas anteriores su apreciación es de que el sistema
funciona:
Bien ________ Mal ________ Regular _______
•
Tanque Imhoff
En el tanque Imhoff se realiza la sedimentación de sólidos sedimentables y su digestión
anaerobia es de manera similar a un tanque séptico, aunque con un tanque Imhoff se
pueden tratar caudales mayores (para comunidades entre 500 y 5,000 habitantes) y en su
interior se presentan por separado la sedimentación y la digestión de lodos, en
compartimientos diferentes. Se construyen con concreto. Son de forma cuadrada o
rectangular. Normalmente están abiertos en su superficie, por lo que se puede ver el agua.
La relación largo/ancho-varía de 3:1 a 5:1. Su profundidad común varía entre 1.5 y 4 m,
aunque si la excavación lo permite pueden construirse hasta de 7 m de altura.
Están constituidos de cuatro zonas: Entrada, compartimiento de sedimentación, cámara de
digestión y salida. El agua residual después del tubo de entrada es forzada a fluir hacia
abajo, es decir hacia la zona de sedimentación mediante un deflector o mampara. Ver
Figura 1.44a. En el compartimiento de sedimentación, el agua residual permanece entre
dos a cuatro horas y los sólidos del agua residual caen hacia el fondo por escurrimiento a
través de una abertura longitudinal hacia la cámara de digestión, donde los lodos formados
se descomponen o digieren en un periodo de dos a tres meses, produciendo diversos
gases como metano, ácido sulfhídrico, bióxido de carbono, etc. El almacenamiento de
estos lodos varía entre cuatro y seis meses, después de este periodo el lodo debe
presentar un color negro oscuro y no debe generar mal olor.
La abertura mencionada en el párrafo anterior, está formada por una mampara, la que
evita el ascenso de los gases formados durante la digestión, hacia el comportamiento de
sedimentación. Los gases escapan a la atmósfera por las ventilas ubicadas a los lados de
la zona de sedimentación (Figura 1.44b y 1.44c). Finalmente el agua tratada pasa por
debajo del deflector de la zona de salida para evitar el escape de las natas.
78
Figura 1.44 Tanque Imhoff con una cámara de sedimentación.
a) Vista transversal, b) Vista en planta, c) Vista horizontal
En la Figura 1.45 se presenta un tanque Imhoff con doble cámara de sedimentación sobre
una cámara de digestión.
CORTE TRANSVERSAL
VISTA EN PLANTA
Figura 1.45 Componentes del tanque Imhoff con doble cámara de sedimentación.
Vistas transversal y en planta
79
En la Foto 1.27 se muestra un tanque
Imhoff el cual incluye los lechos de
secado. En esta planta los lodos se
extraen por la parte inferior del Tanque
Imhoff y no a través de un tubo por la
parte superior como sería el caso de los
tanques de las Figuras 1.44 y 1.45.
Antes de evaluar el tanque Imhoff es
necesario
supervisar
que
el
FUENTE: Metcalf & Eddy. 1991
pretratamiento (rejillas y desarenador),
así como algún sistema de bombeo que Foto 1.27 Panorámica de un Tanque Imhoff y sus lechos
de secado
pudiera tenerse, estén siendo operados
de manera correcta.
La ausencia del pretratamiento, así como fallas en su operación pueden afectar de manera
significativa el funcionamiento del tanque Imhoff, por ejemplo la falta del desarenador o
fallas en su operación y limpieza propician el azolve rápido del compartimiento de digestión
de lodos. Investigue con el operador con qué frecuencia se realiza la limpieza de las rejillas
y del desarenador y qué cantidad de arena y basuras extraen por día o por semana.
Conviene también averiguar cuál es el destino de estos residuos.
Después de supervisar que el pretratamiento funciona de manera correcta, localice el tubo
y el canal del influente. Verifique que el agua fluya sin dificultad. Enseguida levante alguna
tapa del tanque y revise que se encuentra la capa de espumas en la superficie. La
presencia de estas espumas y la generación de poco mal olor indican buen estado del
sistema. Normalmente cuando los tanques Imhoff son bien diseñados y operados
correctamente, los olores que se perciben no deben de ser muy fuertes.
Mida la profundidad de los lodos introduciendo una sonda con una tela blanca enrollada
sobre la cual quedará la marca de la profundidad de los lodos. Verifique que estos lodos no
se encuentren cerca de la profundidad de la cámara de sedimentación.
Pregunte al operador con qué frecuencia se realiza la extracción de lodos, qué cantidad
estima se está extrayendo y en qué sitio son dispuestos, ya sea en los lechos de secado,
en alguna zanja para lodos, o cual es su destino final.
También investigue con qué frecuencia remueven las espumas y cuál es su destino final,
de manera similar como se haría con los lodos.
Las ventilas de gas no deben de contener natas o materiales flotantes.
La tapa del tanque no debe contener objetos sobre ella. En alrededor no deben
presentarse hierbas o arbustos.
Con apoyo de un recipiente transparente compare la apariencia que tienen el agua del
influente y la del efluente. La del efluente debe de ser más transparente, aunque puede
presentar poco mal olor, por la materia orgánica que persiste en el agua.
80
Además de las respuestas de las observaciones anteriores conteste las siguientes
preguntas.
Tiempo de inicio de operaciones del sistema _______________________________ años.
¿Existe pretratamiento?
Si _____ No______
Frecuencia de limpieza de rejillas y desarenador ________________________________.
Sitio de disposición final de los residuos del pretratamiento.
_______________________________________________________________________.
¿Existe capa de espumas?
Si _____ No ______
Frecuencia de extracción de espumas: ________ veces por día, cada _______ días,
________ veces por semana.
Lugar de disposición de las espumas:
Área de cultivo
________
Basurero
________
Lechos de secado ________
Otros (especifique)._______________________________________________.
Frecuencia de extracción de lodos:
________ minutos por día, ________ minutos cada días, _______ minutos por semana.
Lugar de disposición de los lodos: área de cultivo ______, basurero ______
lechos de secado ______ otros (especifique) __________________________________.
Identifica grietas o fugas en el tanque Imhoff?
Estado general del tanque:
•
Si _______ No _______
Bueno _______ Malo ______ Regular _______
Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente (RAFA)
En el reactor anaerobio de flujo ascendente (RAFA), el agua residual a tratar es conducida
desde la parte superior del reactor (tanque) hacia el fondo del mismo por medio de tubos.
El influente fluye en sentido ascendente a través de un manto de lodos (microorganismos
anaerobios) llevándose a cabo de esta forma el tratamiento (Figura 1.46a).
El biogás producido en condiciones anaerobias (principalmente metano y dióxido de
carbono) genera una circulación interior (mezclado). El biogás, el lodo y el líquido tratado
ascienden a la parte superior del reactor, en donde entran en contacto con deflectores que
permiten la separación del biogás y la sedimentación del lodo. El biogás es capturado en la
campana de recolección que se encuentran en la parte superior del reactor. El líquido
tratado (efluente) sale por la parte superior. Detalles de éste proceso se indican en la
Figura 1.46a y b.
81
Figura 1.46a Reactor anaerobio de flujo ascendente (RAFA) rectangular
Figura 1.46b Reactor anaerobio de flujo ascendente (RAFA) rectangular
El agua residual debe estar bien distribuida en forma uniforme cerca del fondo del reactor
(10-20 cm), mediante una serie de tubos y donde cada uno cubre un área de 1 ó 2 m2 del
fondo del tanque. Principalmente para agua residual doméstica es importante garantizar
una distribución uniforme con un control individual en cada punto (tubo) de distribución del
agua, por ejemplo, esto es posible por inyección del agua residual en el canal principal
localizado en la parte superior del reactor, desde el cual los tubos pueden tomar el agua
residual doméstica para cada punto de distribución.
82
La geometría de un RAFA, corresponde a un tanque circular o rectangular que puede estar
completamente tapado y por lo que en este caso sólo se podrá observar los tubos de
recolección de gas. En otros casos se podrá observar en la zona superior del reactor, el
sedimentador, los vertedores y el sistema de recolección del gas. El recolector de biogás
puede encontrarse, ya sea entre dos unidades de sedimentación o sobre el borde del
sedimentador. En cuanto al material de construcción, el reactor puede estar construido en
concreto armado con el uso de un revestimiento anticorrosivo. La forma rectangular
presenta facilidades para la distribución del influente en el fondo del reactor y la
modulación del sistema. Algunos reactores presentan varias unidades de sedimentación,
dependiendo de su tamaño.
Estos reactores se diseñan para tiempos de retención hidráulica entre 4 y 8 horas, con
eficiencias de remoción de materia orgánica del 60 a 80% y una remoción de patógenos
que oscila del 60-80 %. Las principales condiciones que deben tomarse en cuenta en estos
reactores son: Una efectiva separación de biogás; el lodo anaeróbico debe presentar
buena capacidad de sedimentación (granular); el desagüe debe ser introducido en la parte
inferior del reactor.
Control del proceso
Existen ciertos parámetros que contiene el agua residual que pueden afectar el buen
funcionamiento de este proceso, como son compuestos tóxicos, la concentración de la
materia orgánica, la temperatura, el pH y los nutrientes. El proceso ocurre en un rango
aceptable entre 15 y 25 0C y a un rango relativamente alto de 30-40 0C. Los países con
clima tropical presentan una temperatura ambiente ideal para su aplicación.
Si el agua residual carece de nutrientes como Nitrógeno (N) y Fósforo (P), el tratamiento
puede llevarse a cabo si se le adiciona al sistema los nutrientes en las siguientes
relaciones: DQO/N <70 y DQO/P <350. El pH óptimo para la digestión anaerobia es
alrededor de 7. Un valor pH fuera del rango de 6.5 a 7.5 puede ocasionar la muerte para la
mayoría de las bacterias metanogénicas.
El efluente del RAFA puede contener materia orgánica soluble, patógenos, sólidos
suspendidos, nitrógeno y fósforo. La eliminación de patógenos en este proceso no es
eficiente, necesitándose aplicar sistemas de desinfección, ejemplos: cloración, radiación
ultravioleta, ozonización, filtros de arena, lagunas de estabilización, etc.
La producción de lodos en este tipo de reactores es mínima comparada con un proceso
aeróbico, por lo que no se requiere una purga constante. La remoción de lodos se deberá
realizar, cuando éstos ocupen un volumen mayor a un tercio de la capacidad del reactor.
El RAFA es uno de los procesos biológicos que para su buen funcionamiento requiere del
pretratamiento (rejillas, desarenador) y de que este funcione adecuadamente, ya que de lo
contrario, podría presentarse obstrucciones a la entrada del agua residual a tratar, lo que
ocasionaría un mal funcionamiento en el reactor.
83
El reactor anaerobio de flujo ascendente es un proceso que requiere de una operación y
mantenimiento adecuado, de la medición y control de los parámetros que influyen en el
proceso, debido a esto su buen funcionamiento requiere de un operador, al cual le podrá
usted realizar sus preguntas.
Para realizar la evaluación del reactor es necesario utilizar dos recipientes o vasos
transparentes, en los cuales usted deberá observar la coloración y la turbidez tanto del
influente (agua que entra al RAFA) como del efluente (agua que sale del RAFA). El
efluente del reactor anaerobio debe estar libre de sólidos sedimentables y ligeramente
turbio. El reactor debe estar generando biogás, el cual generalmente es quemado. Sí sus
observaciones coinciden con lo antes dicho, el reactor esta funcionando bien.
Un indicador de mal funcionamiento de un RAFA es la presencia de lodos y un aspecto
muy turbio en su efluente. En cuanto a la evaluación de la operación y mantenimiento, las
estructuras de entrada y salida deben estar libres de obstrucción, las tuberías deberán
estar en perfecto estado (sin rupturas u oxidadas). Evalúe este parámetro de acuerdo al
estado general de las estructuras; como bueno, malo ó regular.
Por otra parte en cuanto a evaluar el control del proceso, el operador deberá tener
registros de medición de pH, temperatura, caudal, alcalinidad y determinaciones de DQO,
SST, DBO.
Diagnóstico
El observador deberá comparar sus resultados con los datos especificados en la
descripción del proceso y dar su diagnóstico.
¿Cómo considera el estado general de la operación y mantenimiento del RAFA?
Bien _______ Mal ________ Regular _______
¿Cómo considera el funcionamiento del RAFA?
Bien _______ Mal ________ Regular _______
•
Digestor anaerobio convencional
Este sistema se ha aplicado principalmente para la estabilización de lodos de desecho que
provienen del proceso de lodos activados. Consiste en un tanque cerrado sin agitación y
sin calentamiento, en donde el desecho a tratar se estratifica en zonas definidas.
La parte en donde se lleva a cabo la totalidad de la actividad microbiana representa
alrededor del 30% del volumen total del digestor que aunado a la lentitud de la cinética de
degradación bajo estas condiciones, se obtienen volúmenes de reactor considerables
(tiempos de retención mayores a 30 días).
•
Digestor anaerobio completamente mezclado
En este tipo de reactor, se emplea una agitación vigorosa del medio de reacción,
acompañada con frecuencia de un calentamiento del reactor, lo que se traduce en mayores
eficiencias en la remoción de materia orgánica. Su principal aplicación es el tratamiento de
84
lodos de desecho de grandes plantas de lodos activados. Los tiempos de retención van de
12 a 20 días.
•
Reactor de contacto anaerobio
Consiste básicamente en un reactor completamente mezclado acoplado a un sedimentador
que separa la biomasa para que sea recirculada al reactor. Con la recirculación, la cantidad
de microorganismos en el reactor aumenta al igual que su tiempo de permanencia dentro
del sistema, sin que el tiempo de retención hidráulica se incremente. Esto resulta en
volúmenes de reactor más pequeños y en una mayor estabilidad del proceso.
Los tiempos de retención hidráulica son del orden de 5 días y el tiempo de retención celular
varía entre 15 y 30 días. Este sistema se ha aplicado en el tratamiento de aguas residuales
de industrias de alimentos.
Reactores de segunda generación
En estos sistemas se logran menores tiempos de retención hidráulica de 0.5 a 3 días, lo
que da como resultado volúmenes de reactores menores, y en una mayor estabilidad y
facilidad en su operación. Esto se logra al retener la biomasa anaerobia dentro del reactor
mediante la formación de una película de microorganismos fijos sobre soporte, o bien por
medio de la sedimentación de flóculos microbianos con muy buenas características de
decantación.
•
Filtro anaerobio
Young and McCarty (1696), recomendaron el filtro anaerobio para aplicarse, inicialmente
en sustratos solubles y medianamente concentrados en materia orgánica. Contiene como
material de empaque soportes plásticos o piedras de 3 a 5 cm de diámetro promedio. El
área específica no debe ser mayor a 100 m2/m3. Este tipo de reactor puede admitir cargas
hasta de 10 kg DQO/m3 d.
•
Reactor tubular de película fija
Van der Berg y Lentz (1979), en EUA, desarrollaron el reactor tubular de flujo ascendente o
descendente. El soporte utilizado, consiste en tubos o placas dispuestas de tal forma que
se crean canales verticales. Las relaciones área/volumen deben ser mayores a 150 m2/m3
y las cargas aplicadas pueden llegar hasta 30 kg DQO/m3 d.
•
Reactor anaerobio de lecho de lodos de flujo ascendente (UASB)
Este tipo de reactor fue desarrollado en Holanda por Lettinga et al. (1980); este sistema no
requiere de soporte para retener la biomasa, lo que implica un ahorro importante en costos.
Su funcionamiento se basa en la buena sedimentabilidad y actividad de la biomasa
producida dentro del reactor (en forma de gránulos) y el flujo ascendente. Las cargas
orgánicas alimentadas a este reactor pueden llegar hasta 40 kg DQO/m3 d.
85
Reactores de tercera generación
Estos reactores se encuentran aún a nivel piloto o semi–industrial. Son también de película
fija pero el soporte utilizado es lo suficientemente pequeño y ligero para que pueda pasar
fluidificados con la recirculación del efluente.
Los dos tipos de reactores, lecho expandido y el de lecho fluidificado, son semejantes entre
sí, se diferencian en el grado de fluidificación de soporte (20% para el lecho expandido y
superior al 50% para el lecho fluidificado). Su avance consiste en tiempos de retención
inferiores a 12 horas. Sin embargo, estos sistemas requieren energía para la recirculación
y la fluidificación del lecho; además, su operación y arranque son en extremo delicados.
Las cargas aplicadas pueden sobrepasar los 40 kg DQO/m3 d.
1.4.1.4 Ventajas y desventajas de los procesos aerobios anaerobios
Una de las ventajas del tratamiento anaerobio es la baja producción de lodos (células), a
diferencia de los procesos aerobios que generan casi diez veces más lodo, con sus
consecuentes problemas de tratamiento y disposición.
Asimismo, la energía contenida en el metano, obtenido por vía anaerobia, puede ser
utilizada como energía calorífica directamente o transformada a mecánica o eléctrica
según las necesidades existentes en el sitio.
Otro punto es que el proceso aerobio requiere un suministro de oxígeno, lo que representa
un costo energético importante. Es así, que mientras el proceso anaerobio es un productor
neto de energía, el proceso aerobio la consume. Esta tendencia, se acentúa en los casos
en que los lodos de purga de la planta aerobia son digeridos aerobiamente, lo que implica
un costo energético adicional.
En cuanto a los lodos producidos en el proceso anaerobio, estos están suficientemente
estabilizados como para poder ser evacuados directamente, sin un tratamiento previo. Por
tanto, se puede considerar la vía anaerobia como altamente eficiente en la conservación
de energía, mientras que en la aerobia integral (agua y lodos), el dispendio energético es
considerable.
Las cargas orgánicas que pueden recibir los reactores anaerobios fluctúan entre 10 y 20 kg
DQO/m3 d, mientras que en los aerobios son alrededor de 10 veces menores. Esto
significa que para un agua con una elevada DQO (superior a 5 g/l), el volumen del reactor
anaerobio será menor en esa misma proporción que el del reactor aerobio en esa misma
proporción. La tabla 1.15 presenta en forma resumida las ventajas y desventajas de los
procesos aerobio y anaerobio.
Tabla 1.15 Ventajas y desventajas de los procesos de tratamiento aerobio y anaerobio
PROCESO
Aerobio
•
•
VENTAJAS
Alta eficiencia en la remoción de
materia orgánica.
Son procesos relativamente estables
•
•
•
•
86
DESVENTAJAS
Requiere aireación.
Produce 10 veces más lodo biológico.
Inadecuado para tratar residuos líquidos con
altos contenidos de materia orgánica.
No soporta periodos largos sin alimentación.
PROCESO
Anaerobio
•
•
•
•
•
VENTAJAS
Menor producción de lodo biológico.
Posibilidad de tratar desechos con
alto contenido de materia orgánica.
Utilización del metano para producir
energía.
Periodos prolongados sin
alimentación.
El lodo biológico en el rango
termofílico.
•
•
•
•
•
•
•
DESVENTAJAS
Lentitud en el arranque.
Adaptación lenta a variaciones en la
alimentación.
Dificultad en su control.
Productos reducidos en el efluente (requiere
un postratamiento).
Complejidad en el sistema de distribución.
Dificultad en la construcción si son profundos.
El agua resultante tiene una alta cantidad de
amonio.
La aplicación de los procesos anaerobios en el tratamiento de las aguas residuales muy
diluidas, como es el caso del agua residual doméstica, presenta comparativamente menos
ventajas.
En este sentido, los reactores anaerobios avanzados (de alta tasa) producen un efluente
de menor calidad que el proveniente de un proceso aerobio bien operado.
Es así que los efluentes tratados por vía anaerobia pueden requerir un postratamiento, ya
que conservan aún cierto contenido de materia orgánica.
Una de las desventajas de los procesos anaerobios con relación a los aerobios, es la
necesidad de dar un postratamiento a los efluentes.
La necesidad de realizar el postratamiento, estará determinada por las condiciones
particulares de descarga que le hayan sido fijadas a la empresa. En la mayoría de los
casos, el postratamiento será aerobio, por lo que resulta un proceso combinado altamente
eficiente en la remoción de contaminantes, autosuficiente energéticamente y con costos de
inversión, operación y mantenimiento sensiblemente menores que los de un proceso
totalmente aerobio.
Una estimación comparativa de los costos de inversión, de operación y de mantenimiento
para tres tipos de sistemas: totalmente aerobio, anaerobio + aerobio y totalmente
anaerobio, en función de la concentración de la materia orgánica en el influente, se
presenta en las figuras 1.47, 1.48 y 1.49 (Eckenfelder et al. 1988). En ellas se reportan los
valores relativos al tomar como la unidad (valor relativo de 1.0) el punto donde los costos
de las opciones aerobia, anaerobia – aerobia son los mismos. Es necesario hacer notar
que las estimaciones de costos, se relacionan con procesos que logran la misma calidad
del agua tratada en el caso del aerobio y la unión anaerobia - aerobia; el proceso
totalmente anaerobio alcanza una calidad de agua inferior a los anteriores.
La figura 1.47 muestra que el costo de inversión relativo se incrementa prácticamente en
forma lineal con la concentración en el influente, a diferencia de la opción anaerobia que es
poco sensible a esta variable. En la figura 1.48 los costos relativos de operación y de
mantenimiento se elevan rápidamente con la concentración para el caso del proceso
aerobio, mientras que el anaerobio permanece prácticamente constante. En este sentido,
es de esperarse que para concentraciones de materia orgánica mayores a la de la figura
1.48, el valor económico de la elevada producción de biogás pueda cubrir los costos de
operación y mantenimiento, obteniéndose así un beneficio neto.
87
3.5
Tratamiento aerobio
COSTO DE INVERSIÓN RELATIVO
3.0
Tratamiento anaerobio
Tratamiento anaerobio-aerobio
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0.0
1000
2000
3000
4000
5000
4000
5000
Concentración de agua residual mg DBO5/L
Figura 1.47 Comparación de costos de inversión
COSTO RELATIVO DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
3.5
3.0
Tratamiento aerobio
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0.0
1000
2000
3000
FUENTE: Eckenfelder et al. 1988
Figura 1.48 Comparación de costos de operación y mantenimiento
Finalmente, la figura 1.49, resume los costos totales expresados como valor presente neto
relativo para los tres sistemas; lógicamente, se pueden observar las mismas tendencias.
88
De la información anterior, se desprende que el proceso anaerobio o inclusive el anaerobio
–aerobio, pueden generar ingresos netos mediante la recuperación del biogás producido,
cuando el agua residual tiene una alta concentración en materia orgánica. Sin duda, este
es el único proceso que puede, eventualmente, convertir el tratamiento de aguas
residuales, no en una carga, sino en una fuente de ahorro para la industria.
COSTO TOTAL RELATIVO (VALOR PRESENTE NETO)
3.5
3.0
Tratamiento aerobio
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0.0
1000
2000
3000
4000
5000
FUENTE: Eckenfelder et al. 1988
Figura 1.49 Comparación de costos totales, como valor presente neto
89
AUTOEVALUACIÓN DE L CAPÍTULO 1
Instrucciones: a continuación se presentan varias preguntas que pretenden reforzar los
conocimientos adquiridos, por favor conteste de manera breve.
1. De los contaminantes que afectan la calidad del agua ¿mencione tres de ellos?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
2. Mencione cuatro de los fenómenos que se presentan cuando se descarga agua residual
en un cuerpo de agua
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
3. Mencione seis de los parámetros que con más frecuencia se miden en los diferentes
tipos de muestra según su procedencia.
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
4. ¿En qué escala se mide la intensidad de acidez o alcalinidad de una muestra?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
5. ¿Cuál es el principal objetivo del tratamiento de agua residual?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
90
6. Mencione los cinco procesos físicos que se utilizan en el tratamiento de agua residual
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
7. Los procesos químicos empleados en la remoción o tratamiento de contaminantes son:
Coagulación, precipitación química, _____________________, ____________________ y
desinfección.
8. ¿Con base en qué se hace la división de los procesos biológicos para el tratamiento de
aguas residuales?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
9. De acuerdo con el propósito del tratamiento de las aguas residuales, ¿las lagunas de
estabilización se clasifican en?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
10. ¿Qué características tiene el proceso anaerobio?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
91
92
2
INTRODUCCIÓN AL TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES POR EL
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS
AUTOR: Gabriela Moeller Chávez
Objetivo particular:
El participante conocerá, de manera breve, los
antecedentes históricos sobre el proceso de lodos
activados.
El marco general de los procesos de tratamiento de aguas residuales es muy amplio;
existen diversas clasificaciones, sin embargo, la más común es la que divide el tratamiento
de las aguas residuales en:
•
•
•
•
Pretratamiento
Tratamiento Primario
Tratamiento Secundario
Tratamiento Terciario o Avanzado
El desglose de esta clasificación es muy amplio, pues solamente en tratamiento secundario
hay una gran variedad de procesos, como:
•
•
•
•
•
Lodos Activados y sus variantes
Filtros Rociadores
Biodiscos
Sistemas Lagunares
Sistemas Anaerobios
La descripción de las alternativas de tratamiento, y de análisis detallado de esta
clasificación quedan fuera del alcance del curso-taller, siendo motivo de otros cursos.
Como se observó, el proceso de Iodos activados es un proceso biológico de tratamiento
ubicado en lo que se conoce como Tratamiento Secundario; las unidades anteriores y
posteriores a lo que es básicamente el proceso de Iodos activados no serán vistas en este
curso (pretratamiento, tratamiento primario, desinfección, tratamiento de Iodos, tratamiento
avanzado). La figura 2.1 es un diagrama de flujo de una planta de tratamiento de aguas
residuales completa, mediante Iodos activados. La figura 2.2 es solamente el proceso de
lodos activados.
93
Figura 2.1 Planta de tratamiento de lodos activados
Figura 2.2 Proceso de lodos activados
94
2.1 Historia del proceso de lodos activados
El proceso de Iodos activados como tratamiento de aguas residuales fue desarrollado
inicialmente en Manchester, Inglaterra, por Fowler, Ardern, Munford y Lockett, en 1914.
Ya para 1920 varias instalaciones iniciaban su operación en Estados Unidos de
Norteamérica, sin embargo el uso extensivo de este sistema se dio hasta 1940. Los
primeros investigadores notaron que la cantidad de materia biodegradable que entraba al
sistema afectaba la tasa del metabolismo. Los diseños en esa época fueron totalmente
empíricos y el tiempo de retención del tanque de aeración fue uno de los primeros
parámetros de diseño. Generalmente se seleccionaban cortos tiempos de retención para
cargas orgánicas bajas y altos tiempos de retención para cargas orgánicas altas.
Posteriormente surgieron criterios relacionados con la carga orgánica
microorganismos del sistema, llegando a la relación conocida como F/M.
y
los
Hace 40 años se desarrollaron las ecuaciones derivadas de los conceptos de crecimiento
cinético y los balances de masas; en años recientes se han diseñado modelos sofisticados
por computadora. La solución de ecuaciones de diseño y los modelos computarizados
requieren el conocimiento de la cinética y metabolismo microbianos.
A pesar de ser uno de los procesos biológicos de tratamiento de mayor costo de inversión
en operación y mantenimiento, los Iodos activados no pierden adeptos, ya que es un
proceso altamente estable y sus eficiencias de remoción son de las mayores comparadas
con otros procesos. Las modificaciones al proceso convencional son muy atractivas por su
flexibilidad sobre todo en la aceptación de cargas orgánicas variables, en especial para
tratamiento de aguas residuales municipales.
2.2 Lodos activados en México
El sistema de Iodos activados en México se inició en los años cincuenta; las plantas de
tratamiento de aguas residuales de esa época eran concebidas para el reúso de las aguas
tratadas para riego de áreas verdes, llenado de lagos y enfriamiento en la industria. Así fue
como se construyeron las primeras plantas de este tipo en Monterrey, N.L., y en la Cd. de
México.
El proceso de Iodos activados como tratamiento de aguas residuales en México es muy
antiguo y sigue vigente; según cifras de la Comisión Nacional del Agua el 20 % de las
plantas del país son de Iodos activados, Tabla 2.1 y figura 2.3.
95
Tabla 2.1 Plantas de tratamiento de aguas residuales municipales por región administrativa
No. Total de
No. de plantas
Capacidad
Caudal tratado
plantas
en operación
instalada (L/s)
(L/s)
I Península de Baja California
29
28
5434
4651.7
II Noroeste
84
70
3841.8
2568.6
III Pacífico Norte
102
94
6178.7
4426.7
IV Balsas
106
73
4858
2398.1
V Pacífico Sur
49
39
3210.5
1886.7
VI Río Bravo
119
107
20994.7
15237.6
VII Cuencas Centrales del Norte
36
31
1307.9
474.8
VIII Lerma-Santiago-Pacífico
329
289
16063.9
10374.3
IX Golfo Norte
60
40
1116
653.2
X Golfo Centro
75
59
3873.2
788.9
XI Frontera Sur
48
21
1928.6
474.7
XII Península de Yucatán
40
37
1858.5
1204.3
XIII Valle de México
55
50
9956.4
5670.2
Total
1132
938
80622.2
50809.8
FUENTE: Estadísticas de agua en México, SEMARNAT, CNA, edición 2003
Región administrativa
Filtros biológicos,
3%
Otros, 20%
Lagunas de
estabilización, 47%
Tanque séptico, 5%
Tanques Imhoff, 5%
Proceso de lodos
activados, 20%
Figura 2.3 Principales procesos de tratamiento de aguas residuales
Tabla 2.2 Plantas de tratamiento de aguas residuales municipales por entidad federativa
(diciembre de 2001)
Entidad Federativa
Aguascalientes
Baja California
Baja California Sur
Campeche
Coahuila
Colima
Chiapas
Chihuahua
Distrito Federal
Durango
Guanajuato
Guerrero
Hidalgo
96
No. Total de
plantas
90
13
16
13
15
33
16
53
21
67
20
24
10
No. de plantas
en operación
83
13
15
12
6
29
5
51
21
63
16
23
10
Capacidad
instalada (L/s)
2724.8
4432
1002
135
1563.5
545
797.6
5124
6278
3311.9
3978
2836
87.4
Caudal tratado
(L/s)
2219.1
3893.2
758.5
40.5
1022
436.5
110.7
3760.6
3208
1918.2
1666
1636.7
57.9
No. Total de
No. de plantas
Capacidad
Caudal tratado
plantas
en operación
instalada (L/s)
(L/s)
Jalisco
87
74
2855.4
2259.5
México
45
41
6599.8
4245.6
Michoacán
18
9
1911
524
Morelos
30
18
1628.9
1057.5
Nayarit
56
49
1787.4
1111.6
Nuevo León
53
53
12187
8472.3
Oaxaca
34
25
594.5
366
Puebla
25
21
1009.2
556.9
Querétaro
47
42
912
660.9
Quintana Roo
17
15
1579
1024.3
San Luis Potosí
12
3
926
280
Sinaloa
43
42
2885.9
2586.9
Sonora
76
62
3786.8
2519.2
Tabasco
32
16
1131
364
Tamaulipas
22
15
2671
2365.2
Tlaxcala
45
29
1019.8
585.3
Veracruz
77
57
3997
812.7
Yucatán
10
10
144.5
139.5
Zacatecas
12
10
180.8
150.6
Total
1132
938
80622.2
50809.9
Entidad Federativa
La alta eficiencia del proceso, así como la posibilidad de ampliar la planta de Iodos
activados ya sea para la remoción de nutrientes o para remover mayor cantidad de sólidos
mediante tratamiento avanzado, hacen de este proceso un atractivo para descargas que
requieren bajas concentraciones de nutrientes o para reúso.
La capacitación de personal involucrado con plantas de tratamiento a base de Iodos
activados es una necesidad en el país; muchas de las plantas existentes requieren un
mejor control del proceso, y programas de mantenimiento funcionales y adecuados.
En las tablas 2.3 y 2.4 se incluye el inventario de plantas de tratamiento de aguas
residuales industriales por región administrativa y por entidad federativa.
Tabla 2.3 Plantas de tratamiento de aguas residuales industriales por región administrativa
(diciembre de 2001)
I Península de Baja California
II Noroeste
III Pacífico Norte
IV Balsas
V Pacífico Sur
VI Río Bravo
VII Cuencas Centrales del Norte
VIII Lerma-Santiago-Pacífico
IX Golfo Norte
X Golfo Centro
No. Total de
plantas
191
19
25
226
16
100
86
338
65
182
No. de plantas
en operación
164
19
20
106
15
98
85
333
64
178
Capacidad
instalada (L/s)
1189.8
303.6
550.1
2991.2
293.8
4874.5
1472.9
3135.5
2135.5
21971.4
Caudal tratado
(L/s)
1102.1
103.4
400.2
2058
225.1
3419.3
1029.9
2159.9
1445.6
11180.5
97
No. Total de
No. de plantas
Capacidad
Caudal tratado
plantas
en operación
instalada (L/s)
(L/s)
XI Frontera Sur
79
77
1116.6
1070.5
XII Península de Yucatán
116
104
200.5
103.4
XIII Valle de México
42
42
1665.5
1054.8
Total
1485
1305
41900.9
25352.7
Tabla 2.4 Plantas de tratamiento de aguas residuales industriales por entidad federativa
(diciembre de 2001)
No. Total de
No. de plantas
Capacidad
Caudal tratado
plantas
en operación
instalada (L/s)
(L/s)
Aguascalientes
24
22
197.7
69.9
Baja California
181
155
1000.1
912.4
Baja California Sur
10
9
189.7
189.7
Campeche
46
44
66.2
17.9
Coahuila
53
51
1027
794.4
Colima
10
10
467
314.5
Chiapas
13
11
687.1
687.1
Chihuahua
22
21
663.3
287.2
Distrito Federal
1
1
23.1
23.2
Durango
18
18
451.6
281.3
Guanajuato
56
56
535.2
235.2
Guerrero
8
7
47.1
37.4
Hidalgo
43
43
1622.9
1000.2
Jalisco
54
54
371.1
371.1
México
110
108
446.4
379.5
Michoacán
35
33
2178.5
1239
Morelos
67
56
850.6
746.8
Nayarit
4
4
162.9
162.9
Nuevo León
21
21
3254.7
2383.5
Oaxaca
13
13
1094.6
585.8
Puebla
106
96
601.3
410.4
Querétaro
90
90
1323.7
513.6
Quintana Roo
2
2
10.5
5
San Luis Potosí
58
57
854.9
711.5
Sinaloa
20
15
341.4
310.6
Sonora
18
18
303.1
102.8
Tabasco
66
66
429.5
383.4
Tamaulipas
39
39
1152.2
1044.8
Tlaxcala
70
70
275.9
275.9
Veracruz
151
149
20990
10748.6
Yucatán
68
58
123.8
80.5
Zacatecas
8
8
157.8
46.6
Total
1485
1405
41900.9
25352.7
Entidad Federativa
98
AUTOEVALUACIÓN DEL CAPÍTULO 2
1. ¿Cómo pueden clasificarse los sistemas de tratamiento para aguas residuales?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
2. Describe tres procesos biológicos de tratamiento.
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
3. ¿Por qué a pesar de que el proceso de lodos activados es caro se sigue utilizando con
mucha frecuencia?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
4. De acuerdo a las estadísticas sobre plantas de tratamiento de aguas residuales en
nuestro país, ¿cuáles son los dos procesos más utilizados?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
5. ¿En qué porcentaje está el proceso de lodos activados?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
99
100
3
MICROORGANISMOS Y FACTORES
AMBIENTALES
AUTOR:
Gabriela Moeller Chávez
Ana Cecilia Tomasini Ortiz
• Conocerá los diferentes tipos de microorganismos
existentes en los procesos biológicos de tratamiento
de aguas residuales.
• Comprenderá la dinámica de la población microbiana
en un reactor de lodos activados.
• Aplicará los conocimientos adquiridos en la
observación de diferentes microorganismos.
Con excepción de ciertos desechos industriales y de servicios, las aguas residuales son
un medio de cultivo ideal para el crecimiento de un gran número de microorganismos, los
cuales juegan un papel importante en todas las etapas del tratamiento biológico de las
aguas residuales.
Ningún organismo simple es capaz de utilizar la amplia variedad de compuestos orgánicos
e inorgánicos encontrados en las aguas residuales; consecuentemente, se desarrollará un
ecosistema que se alimenta directamente con el agua residual que entra al proceso, y con
la predación de organismos que se reproducen en el sistema.
La composición exacta de esta comunidad depende del resultado de la competencia por el
alimento, limitado o variado. Por la influencia de factores ambientales, tales como el pH y la
temperatura. El propósito del diseño y operación de una planta de tratamiento de aguas
residuales por Iodos activados es crear condiciones favorables, de tal manera que los
microorganismos proliferen y efectúen el proceso de tratamiento.
Los organismos vivos fueron clasificados originalmente en dos reinos: plantas y animales;
esta clasificación tan simple no podía sostenerse. Los microorganismos incluyen ciertos
grupos que tienen propiedades como las plantas (algas) y algunos como los animales
(protozoarios) y algunos más con otras características (hongos). De esta manera, se
reconoció otro reino, el Protista, el cual no cae naturalmente en ninguno de los reinos
mencionados; este es el de mayor interés para la ingeniería sanitaria, ya que contiene a las
bacterias, protozoarios y algas que son los microorganismos más importantes involucrados
en el tratamiento de las aguas residuales.
La clasificación de Whittaker, divide a los seres vivos en cinco reinos: Monera, Protista,
Hongos, Vegetales y Animales; se basa en la complejidad celular y la forma de nutrición.
En este capitulo interesa la célula bacteriana, ésta contiene sólo citoplasma, limitado por
una membrana semipermeable llamada citoplasma, cubierto por una pared celular porosa
(Figura 3.1).
101
El citoplasma contiene el material
nuclear. Además no existen
membranas internas que aislen
estructuras organizadas. Los
organismos que poseen estas
características son conocidos
como procarióticos.
3.1 Tipos de microorganismos
Virus
Los virus no intervienen en los
procesos de tratamiento, su
importancia
es
solamente
sanitaria.
Figura 3.1 Una típica célula bacteriana
Los Enterovirus son encontrados comúnmente en los influentes y efluentes de plantas de
tratamiento de aguas residuales. Dentro de los virus que causan enfermedades y pueden
ser transmitidos por el agua están los siguientes:
El Poliovirus es asociado con la poliomielitis y afecta el sistema nervioso central; es uno de
los virus más estables y puede ser capaz de causar enfermedad por relativamente largos
periodos en agua y alimento contaminados. La principal forma de transmisión es la
ingestión de agua contaminada; las moscas son mecanismos vectores de esta
enfermedad. La vacuna contra este virus ha reducido la incidencia de la poliomielitis y el
repone de casos ha disminuido. Las epidemias ocurren solo en sectores de población
donde no se ha aplicado la inmunización.
El virus causante del resfriado común, meningitis aséptica y conjuntivitis es el Coxsackie A,
mientras que el Coxsackie B provoca diferentes enfermedades, incluyendo algunas del
corazón. El principal modo de transmisión es la inhalación e ingestión de fuentes
contaminadas.
El adenovirus se asocia con enfermedades del tracto respiratorio y conjuntivitis. Los virus
de este tipo que han podido ser aislados de las aguas residuales y Iodos, son causantes
de fiebre relacionada con enfermedades de la faringe y ojos (conjuntivitis). Los adenovirus
entéricos causan diarrea aguda y son asociados a excresiones fecales de infantes con
gastroenteritis viral.
El causante común de gastroenteritis aguda viral, en todos los grupos de edades,
normalmente es el Rotavirus. Las epidemias de estas enfermedades han sido asociadas
con fuentes de agua contaminada: En agua cruda y en los efluentes de agua clorada de
plantas de tratamiento de Iodos activados se han encontrado altas concentraciones de este
virus.
El agente causal de la hepatitis infecciosa es el virus de Hepatitis A; enfermedad sistémica
que afecta al hígado; se transmite en forma oral a través de aguas residuales
contaminadas y posee la habilidad de sobrevivir a bajos niveles de cloro residual. Las
102
epidemias han surgido de abastecimientos municipales contaminados. El personal de
plantas de tratamiento de aguas residuales tiene una incidencia alta de exposición a este
virus debido a su contacto diario con aguas residuales.
Bacterias
Las bacterias son el mayor componente de la comunidad microbiana en todos los procesos
biológicos de tratamiento de aguas residuales. Normalmente se encuentran valores de 106
bacterias/ml o mayores en aguas crudas. Debido a su gran número y tamaño pequeño, se
han desarrollado técnicas especializadas que permiten estudiar estos organismos en su
habitat natural, para inferir información que pueda ser utilizada por los ingenieros
involucrados en el diseño y operación de plantas.
Debido al tamaño de las bacterias, entre 0.2 y 1.5 µm, su identificación es imposible por
medios visuales simples. Utilizando un microscopio de alta resolución es factible observar
sus diferentes formas y tamaños, así como utilizar técnicas específicas para la observación
de sus finos apéndices y algunos organelos internos. Este hecho facilita reconocer la
morfología de las bacterias, siendo un paso importante en la identificación bacteriana.
Morfología bacteriana
Las bacterias se limitan a cuatro formas básicas: de esfera, bastón recto, bastón curvo,
espiral y algunas formas filamentosas.
•
Las bacterias esféricas son conocidas como cocos y sus diámetros son de 0.2 a 4
µm. Los cocos pueden ser agrupados de acuerdo con su arreglo espacial, el cual se
determina por sumado de división. El coco se divide por fisión; cuando la bacteria se
incrementa en tamaño, se contrae y finalmente se parte en dos.
Si un organismo no se parte en dos después de la fisión y permanece como un par,
se conoce como diplococo. Si se continúa dividiendo a lo largo del mismo plano sin
separarse formando una cadena toma el nombre de estreptococo; un indicador
bacterial estreptococo fecal es de este tipo. Finalmente, si la división toma lugar en
tres dimensiones, formando un cubo de ocho cocos se le conoce como sarcina.
•
Los bastones rectos representan la morfología más común de las bacterias tanto en
el ambiente natural como en las aguas residuales de plantas de tratamiento. Esto
incluye muchas de las bacterias encontradas comúnmente, tales como las
Pseudomonas, Zooglea, Escherichia y Salmonella.
•
Los bastones curvos forman una simple curva parecida a la letra C; son conocidos
como Vibriones; en este grupo se incluyen la bacteria causante del cólera, el Vibrio
cholera y un organismo capaz de reducir sulfatos a sulfuros, conocido como
Desulfovibrio.
•
De tornillo o espiral conocidas como Spirillum. Estas bacterias se observan casi
exclusivamente en muestras de agua y rutinariamente en muestras tomadas de
digestores anaerobios.
103
Para hacer que las bacterias sean visibles bajo la luz del microscopio, se emplea una
variedad de técnicas de teñido para colorear la bacteria por entero la estructura interna o
la externa. Una de estas técnicas fue desarrollada por Christian Gram en 1884. Después
de teñir una población mezclada de bacterias y examinarlas bajo el microscopio, las
bacterias que aparecen moradas se llaman Gram positivos y las que aparecen rojas Gram
negativos.
Un flagelo es una estructura en forma de látigo que sirve de medio de locomoción o
movilidad a las bacterias. La presencia o ausencia de flagelo, el número y la distribución
espacial alrededor de la bacteria son características de la especie. La mayoría de las
bacterias flageladas son de forma de bastón; se distinguen tres formas de flagelo, un
simple, situado en uno o en ambos extremos de la bacteria, un copete de flagelos en uno o
en ambos extremos y un gran número de ellos alrededor de toda la bacteria.
Además del flagelo, muchas bacterias Gram negativos tienen una fina cubierta de pelos
conos que pueden observarse en el microscopio electrónico. Estos pelos, menores de 1
µm de largo y 0.01 µm de diámetro, son conocidos como fibrinas o pili. Este pelo confiere a
la bacteria la habilidad de adherirse una con otra, siendo muy importante para la formación
de lodo activado floculante.
Algunas bacterias están rodeadas de una cubierta denominada material extracelular o
cápsula, predominantemente compuesta por polisacáridos. La presencia de bacterias con
esta característica es importante en el proceso de Iodos activados; este material
polisacárido se involucra en el mecanismo de floculación del proceso. El polisacárido actúa
como una red que envuelve a otros microorganismos.
Este tipo de bacterias tienen ventajas de sobrevivencia, como es la resistencia a la
desecación y al ataque de bacteriófagos. También en periodos de depredación, son
capaces de degradar su propio material. Tales ventajas son utilizadas en los sistemas de
tratamiento de aguas, donde las condiciones de depredación de nutrientes son comunes
por ejemplo, en el sedimentador secundario del proceso de Iodos activados.
Las bacterias poseen algunas estructuras intracelulares, que sirven de indicador de su
estado nutricional, dando información de la composición del influente a la planta o de
condiciones de operación de la misma. La estructura intracelular comúnmente encontrada
en bacterias de aguas residuales está compuesta de material de reserva.
Como resultado de cambios en las condiciones ambientales, tales como depredación de
nutrientes (carbono, nitrógeno y fósforo principalmente) o desecación, muchas bacterias
son capaces de iniciar cambios fisiológicos y morfológicos formando estructuras en estado
latente. Una de estas estructuras es conocida como espora y es una adaptación para
sobrevivir por tiempos prolongados bajo condiciones adversas como calor, congelamiento,
tóxicos químicos y radiaciones.
Las esporas se forman en el centro o en un extremo de la bacteria y son altamente
refráctiles, generalmente tiñen con dificultad, por lo que requieren tintes poderosos. La
célula madre donde se origina la espora, conocida como esporangio, desaparece una vez
que se forma la espora; las preparaciones de teñido muestran diferentes etapas del
proceso de esporulación.
104
Otra estructura latente similar a la espora es el quiste; la diferencia radica en que la
bacteria se envuelve a sí misma con una capa protectora.
Protozoarios
Los protozoarios son organismos eucarióticos, con amplia variedad en forma y modo de
vida. Generalmente son unicelulares, móviles y se clasifican de acuerdo con su morfología,
particularmente por su modo de locomoción. Muchos protozoarios requieren de un
huésped para poder vivir y completar su ciclo de vida. No todos los protozoarios se asocian
con procesos de tratamiento de aguas residuales. Debido a su gran tamaño, los
protozoarios se identifican fácilmente por observación en un microscopio con luz.
Se definen tres grupos importantes en lo que se refiere a procesos de tratamiento de
aguas residuales.
•
•
•
Flagelados
Sarcodina
Ciliados
Protozoarios flagelados
Poseen uno o más flagelos, que son utilizados para locomoción y alimentación.
Sarcodina
Posee seudópodos que utiliza para moverse y para alimentarse por medio de flujo
protoplasmático. Tienen una gran diversidad: algunas carecen de estructura esquelética
(amibas), mientras que otras han desarrollado conchas formadas con materiales de
proteínas, sílice y carbonato de calcio.
Ciliados
Son los mayores en términos de número de especies con más de 7000. Por esto dan gran
diversidad a los Iodos activados. Se caracterizan por Ios cilios que aparecen sobre la
superficie de la célula que les sirven de locomoción. Además, los cilios se distribuyen el
alimento alrededor de lo equivalente a una boca llamada citosoma. De este modo se
autoayudan formando corrientes con los flagelos para introducir el alimento por el
citosoma. Se dividen en cuatro grandes grupos:
•
•
•
•
Ciliados libres (ciliados uniformes de nado libre)
Ciliados reptantes (cuerpo aplanado, cilios locomotores)
Ciliados fijos (ciliados fijos en forma de campana)
Suctoria (ciliados a temprana edad)
Los primeros se refieren a protozoarios de nado libre, los cuales poseen cilios uniformes en
sus cuerpos (paramecium).
105
Los segundos tienen un cuerpo aplanado con cilios locomotores encontrados por debajo
del cuerpo; el cilio también les sirve para alimentarse, provocando corrientes hacia el
citosoma.
El tercer grupo se reconoce inmediatamente por su cuerpo en forma de campana invertida
que está montado en un tallo. El otro extremo del tallo se fija a un material particulado, tal
como un flóculo de Iodos, y sirve para anclar al protozoario. En ciertas especies este tallo
es contráctil. El amplio final de la campana sirve como una apertura oral donde se tienen
cilios que ayudan a atrapar alimento. Los ejemplos típicos de este grupo son el Vorticella y
el Opercularia, ampliamente conocidos en el proceso de Iodos activados.
Finalmente el cuarto grupo se refiere a protozoarios que solo son ciliados a temprana edad
donde los cilios sirven para dispersarse de sus congéneres. Poco después se pierden los
cilios y se desarrollan un tallo y tentáculos para alimentarse. El tallo no es contráctil y
atrapa materia particulada, mientras que los tentáculos son capaces de capturar el
alimento, desmenuzándolo y succionándolo para formar vacuolas.
Las figuras 3.2 a 3.6 muestran protozoarios y la figura 3.7 una forma de alimentación de los
protozoarios.
Figura 3.2 Principales formas de protozoarios en procesos de tratamiento de aguas residuales
Figuras 3.3 Ciliados comunes en procesos aerobios de tratamiento
Figuras 3.4 Ciliados “peritrichia” en procesos aerobios de tratamiento
106
Figuras 3.5 Microfotografías de ciliados
(Vorticella y Suctoria)
Figura 3.6 Microfotografía
de ciliados fijos
Figura 3.7 Alimentación de protozoarios (Fagocitosis)
Rotíferos
Realizan importantes funciones benéficas en la estabilización de desechos orgánicos.
Estimulan la actividad y descomposición de la microflora ayudan a la penetración de
oxígeno y a la recirculación de nutrientes minerales. Son diferentes a los protozoarios; se
encuentran, pocas veces en gran número en procesos de tratamiento de agua. Solamente
en sistemas de aeración extendida son la forma animal predominante.
Los rotíferos usan mayores cantidades de flóculos de Iodos activados que los protozoarios
y pueden sobrevivir aun después de que las bacterias de nado libre han sido depredadas
por los protozoarios.
Se encuentran en todos los habitats acuáticos y son la forma más simple y más pequeña
de los macro invertebrados. Son un pequeño grupo de organismos con cerca de 2000
especies identificadas. La vibración de sus cilios semejan ruedas que giran, de ahí su
nombre, rotíferos.
Se dividen en dos clases; los que poseen una gónoda son monogónodos, y los que tienen
dos, los digónodos (figura 3.8); su tamaño varía de 40 a 500 µm; su vida promedio es de 6
a 45 días. La mayor parte de los rotíferos son incoloros aunque cuando ingieren alimento
dan la impresión de tener color. Poseen tres distintas regiones del cuerpo: la cabeza, el
tronco y los pies.
107
Algunos rotíferos se alimentan de bacterias, detritus y protozoarios; otros de fitoplancton o
algas. Las variaciones en concentración y características del agua cruda se reflejan en el
número y tipo de rotíferos en el proceso de tratamiento de aguas residuales.
La mayoría de los digónodos nadan por la acción de las corrientes creadas por los cilios;
los miembros más antiguos se desplazan lentamente, esto es observado frecuentemente
en sistemas de Iodos activados. En este proceso, consumen grandes cantidades de
bacterias, ayudando a esta población a mantenerse saludable y activa. Además, ayudan a
disminuir la turbidez del efluente al alimentarse de bacterias que no forman flóculos.
Figura 3.8 Rotíferos típicos Monogónada y Digónada
Los rotíferos ayudan a la formación de flóculos, mediante su forma de alimentarse, pues
dejan huecos por donde puede existir mejor transferencia de oxígeno; además en procesos
aerobios, el gran consumo de bacterias y sólidos ayuda a disminuir la DBO. También viven
en las paredes de los tanques de aeración, evitando el excesivo crecimiento de la película
biológica que se forma en las paredes.
Una planta de Iodos activados bien operada normalmente tiene predominio de uno de los
tipos de rotíferos. Cada modificación al proceso también tendrá su propio grupo de
rotíferos, así el operador posee un medio rápido de saber si la operación es correcta; esto
se logra mediante la práctica en la observación microscópica.
Los rotíferos son estrictamente aerobios y se encuentran normalmente en ambientes con
poca contaminación y con al menos 2 mg/l de oxígeno; algunos rotíferos como el género
Brachionus puede encontrarse solamente en ambientes de agua limpia; otros toleran
ambientes semi/limpios y pocos toleran alta contaminación. La figura 3.9 muestra algunos
rotíferos.
Playtias spp
Brachionus spp
Euchlanis spp
Figura 3.9 Rotíferos comunes en tratamiento de aguas residuales
108
Lepadella spp
Monostyla spp
Playtias spp
Epiphanes spp
Keratella spp
Figura 3.9 Rotíferos comunes en tratamiento de aguas residuales
Nemátodos
Los nemátodos de vida libre son macroinvertebrados terrestres (animales sin columna
vertebral ni huesos), son capaces de vivir en habitats de agua limpia. Debido a que los
suelos están infestados con nemátodos, estos macroinvertebrados pueden introducirse
fácilmente a las plantas de tratamiento de aguas residuales y estar presentes en procesos
aerobios en gran número y con alta diversidad.
Incluyen una gran variedad de gusanos; son microscópicos y su tamaño varía de 0.5 a
3.00 mm de longitud, por 0.02 a 0.05 mm de ancho. La mayoría de las especies son
similares en apariencia.
Los nemátodos son gusanos no segmentados, aunque aparentemente poseen segmentos
debido al espesor de la cutícula de la epidermis. Tienen cuerpo cilíndrico que se adelgaza
en los extremos; la boca y labios se localizan en el extremo anterior y poseen esófago y
tracto digestivo, así como sistemas muscular, nervioso y reproductivo.
La presencia de nemátodos en aguas o aguas residuales se origina en las corrientes
superficiales que llegan a los cuerpos de agua y alcantarillados. Viven en ambientes
aerobios donde existe abundancia de alimento. Su dieta se integra de algas, plantas
acuáticas, bacterias, materia orgánica en descomposición, protozoarios, rotíferos y otros
nemátodos. La boca es, capaz de morder, triturar, rasgar y despedazar las partículas de
alimento.
Los nemátodos encontrados en plantas de tratamiento de aguas residuales se clasifican en
dos grandes familias: Diplogasteroidea y Rhabditoidea; las diferencias físicas que se
pueden observar en la figura 3.10 son: básicamente la forma de la boca, esófago y labios,
así como los extremos (grueso o delgado).
109
Rhabdiasoidea. Rhabdias. A-E. Rhabdias
bufonia (after Metchnikoff. 1865). A. Parasitic
female. B. Rhabdiform young. C. Filariform
young. D. Free-living female. E. Free-living
male. F. Écheme of the anterior end (after Chu.
1936). (A should be twice as large relative to
the others) 1. buccal capsule; 2.pharyns; 3.
nerve ring; 4. end bulb; 5. renette cell; 6.
intestine; 7. ovary; 8. uterus; 9. vulva; 10. anus;
11. anal glands; 12. primordium of reproductive
system; 13. excretory duet; 14. embryos in
uteri; 15. testis; 16. sperm duet; 17. spicules;
18. genital papillae; gubernaculums; 20 mouth;
21. lips; 22. amphids; 23. external circlet of
papillae.
Figura 3.10 Estructura de nemátodos y diferencia entre las dos familias principales de nemátodos
La identificación de nemátodos se basa en reconocer sus características anatómicas,
como la forma de la boca, labios, cutícula y extremos; la identificación se hace por medio
de comparaciones con ilustraciones en libros especializados. Los efluentes de las plantas
muestran una gran cantidad de nemátodos, particularmente los de proceso de Iodos
activados debido a su movilidad y resistencia a la cloración; generalmente el número de
nemátodos encontrado en Iodos activados es mucho menor comparado con el de filtros
rociadores.
Los nemátodos encontrados en Iodos activados, generalmente están adheridos al flóculo;
su número es pequeño, el ambiente turbulento del proceso de Iodos activados no da
facilidades para la reproducción sexual; también el ciclo de vida de la mayoría de los
nemátodos de vida libre es mayor que la edad de Iodos de casi todos los procesos de
Iodos activados; esto impide en muchos casos que las hembras desoven para que los
huevecillos puedan ser recirculados. Los factores que afectan la población de nemátodos
incluyen: concentración de oxígeno disuelto, temperatura, concentración de DBO, hongos,
etc.
La figura 3.11 muestra la similitud de huevos de helmintos.
110
Ascaris lumbricoides fertile
Ascaris lumbricoides infertile
Dibothriocephalus latus
Enterobius vermicularis
Fasciola hepatica
Heterophyes heterophyes
Hymenolepis diminuta
Hymenolepis nana
Metagonimus yokogawai
Necator americanus
Opisthorchis sinensis
Paragominus westermani
Schistosoma haematobium
Schistosoma japonicum
Schistosoma mansoni
Taenia sp
Trichuris trichura
Figura 3.11 Huevecillos de helmintos
111
Hongos
Tienen poca importancia en los procesos de tratamiento de aguas residuales por Iodos
activados, sin embargo son causantes de enfermedades, por lo que su interés es sanitario.
La mayor parte de los hongos aislados de las aguas residuales son asociados con
enfermedades de personas con baja resistencia a las infecciones. Poco menos de 50
especies de todos los hongos son capaces de causar enfermedades al hombre. La mayor
parte de los hongos patógenos afectan solamente la piel, pelo y uñas (superficialmente);
algunos pueden infectar cualquier parte del cuerpo (micosis sistémica).
La aspergilosis la causa el Aspergillus fumigatus; afecta al oído, conductos nasales,
pulmones y piel; la infección puede clínicamente referirse como tuberculosis. El composteo
de Iodos es la mayor fuente de infección potencial para el personal de aguas residuales.
La Candida albicans, una levadura, produce infecciones pulmonares, bronquitis, vaginitis,
uretritis e infecciones superficiales de la piel y uñas. También, involucra las infecciones de
membranas mucosas de la boca. La adecuada higiene personal reduce el riesgo de
adquirir este patógeno.
3.2 Dinámica de la población
El contenido de un reactor de Iodos activados se integra de una masa o flóculos aereados,
rodeada del agua residual influente o licor mezclado. Los flóculos de Iodos activados están
formados por microorganismos, materia coloidal orgánica e inorgánica, y partículas
mayores, que se mantienen juntas en una masa orgánica compleja.
Un gran número de protozoarios se fija al flóculo con sus tallos; los ciliados libres y
flagelados se encuentran en el licor mezclado o en la masa orgánica. Algunos hongos son
observados ocasionalmente y son de poca importancia en el proceso de tratamiento. Los
bacteriófagos se identifican en grandes cantidades (tan altas como 2 x 104 mI -1) Y
comúnmente su único papel es la remoción de bacterias, incluyendo un gran número de
especies patógenas.
La población microbiana en un reactor de Iodos activados es altamente especializada con
baja diversidad de especies, de los cuales las bacterias dominantes son bacilos Gramnegativo. Todas ellas son organismos heterótrofos con la excepción de las bacterias
autótrofas del nitrógeno.
Los organismos heterótrofos son aquellos que requieren para su crecimiento un aporte
continuo de compuestos orgánicos para la mayoría de las reacciones biosintéticas. Por
otro lado, los autótrofos son capaces de obtener el carbono que requieren para las
reacciones biosintéticas a partir de dióxido de carbono.
El objetivo principal de una planta de Iodos activados de operación convencional es la
remoción de DBO; esto lo realizan, casi exclusivamente las bacterias heterótrofas, sin
embargo, muchos protozoarios son, capaces de alimentarse saprófitamente. Las
comunidades de población protozoaria reducida muestran remoción baja de DBO. Tabla
3.1.
112
Tabla 3.1 Eficiencias de tratamiento con o sin ciliados (protozoarios)
PARÁMETRO ANALIZADO
DBO5/ mg/l
DQO mg/l
NITRÓGENO ORGÁNICO mg/l
SS mg/l
CUENTA DE BACTERIAS VIABLES
106/ml
SIN CILIADOS
53 – 70
198 – 250
14 – 21
86 – 118
CON CILIADOS
7 – 24
124 – 142
7 – 10
26 – 34
106 – 160
1–9
Las bacterias heterótrofas y los
protozoarios saprófitos forman el
nivel trófico inferior de la cadena
alimenticia; y son fuente de
alimento, de otros protozoarios y
rotíferos. El papel más importante
de los protozoarios es que actúan
como
agente
limpiador
al
alimentarse de bacterias de nado
libre. Esta acción da como
resultado un efluente con baja DBO
y sólidos suspendidos; también
ayudan a remover patógenos.
Como el diámetro del flóculo
biológico varía de 50 a 500 µm,
existe
un
gradiente
de
concentración de DBO y de oxígeno
del exterior del flóculo donde serán
mayores, al interior del flóculo,
donde tal vez no exista DBO
residual ni oxígeno (figura 3.12).
Figura 3.12 Gradiente de oxígeno en flóculos de lodos activados
Consecuentemente a medida que las bacterias se acercan al centro del flóculo, son
depredadas como fuente de nutrientes.
Además de su papel para remover la DBO, los flóculos juegan otro importante papel al
promover la sedimentación en los tanques de sedimentación secundaria. Bajo las
condiciones de tranquilidad del sedimentador, se forman grandes y compactos flóculos que
sedimentan rápidamente y permiten alta concentración de sólidos en el fondo. Es
importante purgar el sistema para reducir el manto de Iodos en el sedimentador y permitir
la recirculación con alta concentración.
El por qué floculan los microorganismos y el mecanismo exacto de este fenómeno es
desconocido; muchos modelos de diferente complejidad han sido propuestos; uno de los
más atractivos es el modelo del esqueleto de filamentos, el cual supone que en el reactor,
las bacterias filamentos forman una red o esqueleto al que se fijan las bacterias que
forman flóculos.
113
Los protozoarios se fijan y colonizan el flóculo; existen evidencias que también ellos
excretan una mucosa pegajosa que ayuda a formar un flóculo más fuerte.
La operación de plantas de Iodos activados involucra la recirculación del lodo sedimentado;
los microorganismos que sedimentan rápido y bien en el sedimentador, son regresados al
aerador, permitiendo el rompimiento relativo del flóculo. Los que no sedimentan bien son
devorados por los protozoarios o descargados en el efluente de la planta. Esto significa
que existe una presión selectiva para las bacterias floculantes; las bacterias de nado libre
requieren tasas de crecimiento muy altas para que su población permanezca estable.
La figura 3.13 muestra la diversidad de especies en un proceso de Iodos activados y su
relación con el funcionamiento del sistema.
Figura 3.13 Diversidad de especies y parámetros en lodos activados
3.3 Uso del microscopio
El microscopio se usa rutinariamente para identificar y enumerar diferentes tipos de
microorganismos presentes en las aguas residuales. Generalmente se emplean dos tipos
de microscopios: el de alta capacidad de ampliación, compuesto de un sistema simple de
lentes y el estereoscópico binocular con un sistema de lentes doble para alcanzar una
imagen con capacidad de ampliación bastante menor (figura 3.14).
114
El
término
microscopio
compuesto,
se
aplica
a
microscopios con alta capacidad
de ampliación cuyos valores son
de
40x
a
l000x.
Tradicionalmente tiene un lente
ocular
llamado
monocular.
Actualmente
se
fabrican
microscopios binoculares, o sea
de dos lentes oculares, que
ayudan a mejorar la visión, pero
no son estereoscópicos.
El estereoscopio binocular da
una
baja
capacidad
de
ampliación, de 8x a 40x. Debido
a que se componen de dos
sistemas de lentes, permiten
que el usuario realmente tenga
visión estereoscópica.
Microscopio compuesto
Todos
los
microscopios
compuestos funcionan con un
sistema de lentes que consiste
en un lente objetivo reproductor
de
imagen,
usualmente
ampliada del objeto observado y
un lente ocular que amplifica la
imagen.
Figura 3.14 Tipos de microscopios
Los lentes objetivo y ocular se sitúan en los extremos opuestos del cuerpo del microscopio.
La ampliación total del sistema es el producto de la capacidad del lente ocular
(generalmente 10x) y la capacidad del lente objetivo (que puede variar).
El número de lentes objetivos de un microscopio va desde uno hasta cuatro, colocados en
un sistema giratorio que permite cambiarlos según las necesidades. Una combinación
típica de ampliación con cuatro lentes objetivos incluye 4x, 10x, 40x y 100x. Los valores
están anotados a un costado del propio lente. La tabla 3.2 muestra los tamaños de
microorganismos y los lentes recomendados para su observación.
115
Tabla 3.2 Tamaños de microorganismos y lentes recomendados para su observación
MEDIDAS
BACTERIAS
40x
PROTOZOARIOS
40x
CÉLULAS HEMATICAS
BACTERIAS
VIRUS
MACROMOLÉCULAS
MOLÉCULAS
ATOMOS
40 – 100x
40 – 100x
40 – 100x
MICROSCOPIOS
UV
MICROSCOPIO
ELECTRÓNICO
ROTÍFERO
NEMÁTODO
STYLONCHIA SP
TRACHELOCERCA SP
TOKOPHRYA SP
EPISTYLIS SP
EUPLOTES SP
VOLVOX SP
OPERCULARIA SP
PANDORINA SP
ASPIDISCA SP
OIKOMONAS SP
GRUPOS TAXONÓMICOS Y
LENTES
ELEMENTOS CONSTITUTIVOS
ROTÍFEROS
10 – 20x
NEMÁTODOS
10 – 20x
MICROSCOPIO DE LUZ
500
400
300
200
170
160
150
75
65
50
40
20
10
1
100
a
1 nm
1Å
ORGANISMOS
Las imágenes son enfocadas moviendo el sistema de lentes (el cuerpo del microscopio)
con respecto a la muestra, aunque en algunos sistemas lo que se mueve es la platina, y
los lentes son fijos. Después de hacer un enfoque rápido, se tiene una perilla de ajuste fino
que mueve lentamente el sistema. La figura 3.15 presenta microorganismos observados al
microscopio.
Brachionus, 100x
Philodina, 100X YR
Nemátodo de vida libre
Nemátodo fertilizado
Huevo de nematodo
Microthrix parvicella, 1000x
Type 021N, 1000x
Nocardia sp., 1000x
Sphaerotilus natans, 1000x
Figura 3.15 Microorganismos vistos al microscopio
116
Thiothrix I, 1000x
Thiothrix II, 1000x
Microthrix parvicella, 1000x
Beggiatoa sp., 1000x
Hongos, 1000x
Euplotes, 100x
Figura 3.15 Microorganismos vistos al microscopio
Procedimientos para el uso del microscopio
Estos procedimientos son generales para microscopios compuestos; para un microscopio
en particular habrá que consultar los manuales correspondientes.
1. Limpie el ocular, los objetivos y el espejo; use papel o trapo adecuado; otros materiales
de limpieza pueden dañar los lentes o dejar fibras que obstruyan la visión.
2. Gire el sistema para seleccionar el objetivo de menor capacidad (4x o 10x) y dejarlo en
posición de uso; coloque el portaobjetos.
3. Si el microscopio tiene condensador, súbalo lo más posible.
4. Abra el diafragma totalmente y encienda la lámpara del microscopio. Si el microscopio
tiene espejo y lámpara auxiliar, ajuste la lámpara y el espejo usando el lado plano hasta
que se obtenga la iluminación deseada.
5. Ajuste el diafragma de disco o de iris al mayor tamaño.
6. Utilice la perilla de ajuste grueso para enfocar el objeto, bajando lo más cerca posible el
lente al portaobjetos; observe por el ocular, y enfoque alejando el lente; una vez que
aparece el espécimen utilice la perilla de ajuste fino.
7. Para una mejor imagen, ajuste la iluminación con la lámpara y el espejo, o con el
sistema integrado de iluminación.
8. Algunas veces los objetos aparecen invertidos; mueva el portaobjetos de derecha a
izquierda; estas inversiones son causadas por la óptica del microscopio.
9. Para observar mayores detalles cambie a un objeto de mayor capacidad de ampliación,
pero siempre utilice el de menor capacidad primero. Después de encontrar y enfocar los
objetos de interés, cambie al objetivo de mayor capacidad.
117
10. Para cambiar de objetivo, gire el disco de objetivo para seleccionar el que se desea,
colocándolo en posición de uso; esto se hace sin observar por el ocular. No es
necesario la distancia entre el nuevo lente y el portaobjetos, ya que la mayoría de los
microscopios tienen lentes parafocales, así la imagen enfocada con el objetivo de baja
capacidad permanece enfocada al cambiar de lente, requiriendo solo un ajuste fino.
11. Incremente la intensidad de la luz cuando cambie a objetivos de mayor capacidad.
Recomendaciones para su manejo
Algunos laboratoristas utilizan el microscopio durante largo tiempo; se recomienda colocar
ambos ojos abiertos en el ocular (aún cuando se tenga un microscopio monocular),
abiertos y fijos mientras se observe el espécimen. Para un adecuado uso del microscopio
se deben seguir las siguientes recomendaciones:
a) Limpie los lentes del microscopio antes de usarlo.
b) Coloque la muestra evitando que toque los lentes objetivos. Enfoque siempre de
abajo hacia arriba para evitar el contacto.
c) Siempre vea el microscopio (no el ocular) cuando cambie de objetivo. Si no existe
suficiente espacio, no fuerce el objetivo; suba el brazo (o baje la platina); entonces
coloque el objetivo en su lugar; con esto evitará el daño al microscopio.
d) Desarrolle el hábito de variar los niveles de iluminación para encontrar el nivel
necesario en cada caso. Esto es importante para una mejor definición de los
especímenes.
e) Asegúrese de mantener la platina y los portaobjetos siempre secos y limpios.
Cuando termine, regrese el objetivo de menor capacidad a posición de uso, baje el
brazo totalmente y guárdelo en su estuche para colocarlo en su lugar.
f) Cuando mueva el microscopio (antes de meterlo en su estuche), sosténgalo siempre
en posición vertical; use siempre ambas manos, una sosteniendo la base y otra el
cuerpo del microscopio.
118
1. ¿Cuáles son los microorganismos más importantes involucrados en el tratamiento de las
aguas residuales?
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2. Mencione las cuatro formas básicas de las bacterias.
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3. ¿Qué microorganismo vive en las paredes de los tanques de aeración y evita el
crecimiento excesivo de película biológica que se forma en las paredes?
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4. ¿Qué papel juegan los protozoarios en el proceso de lodos activados?
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_________________________________________________________________________
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5. En un reactor de lodos activados ¿Cuáles son las bacterias dominantes?
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119
6. ¿Cuál es el papel más importante de los protozoarios?
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_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
7. En una planta de tratamiento ¿para qué se utiliza de manera rutinaria un microscopio?
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8. En un microscopio compuesto ¿Cuál es la función del lente ocular?
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_________________________________________________________________________
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120
4
CONCEPTOS BÁSICOS Y VARIANTES
AL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS
AUTOR: Luciano Sandoval Yoval
• Conocerá los componentes, características y
variantes de operación del proceso de lodos
activados.
• Comprenderá los factores que ha de considerar para
la correcta operación de una planta de lodos
activados.
4.1 Descripción del proceso
Este sistema de tratamiento biológico se desarrolla en un ambiente rico en oxígeno
(aerobio), con microorganismos vivos y materia orgánica. Es similar al proceso biológico
natural que se observa en las capas superiores del suelo que contiene gran variedad de
microorganismos; la diferencia consiste en que el proceso de lodos activados es un
proceso controlado que mantiene a los microorganismos en un ambiente líquido. El
mecanismo básico del sistema se representa de una manera simplista con la siguiente
reacción biológica:
Materia orgánica + microorganismos + O2 → Biomasa + CO2 + H 2 O + Energía
Los primeros microorganismos dirigen una parte de la materia orgánica absorbiéndola a
través de su pared celular, produciendo ciertos productos de desecho, los que se utilizan
como alimento por otros microorganismos. Este proceso de degradación acumulativa
continúa hasta que la materia orgánica compleja original ha sido degradada y asimilada por
la población biológica.
Componentes del sistema de lodos activados
El proceso básico de lodos activados (figura 4.1) se integra de varios componentes que se
interrelacionan entre sí:
1. Tanque de aeración (uno o varios) diseñado para un mezclado completo o trabajar
como flujo pistón.
2. Fuente de aeración que permita transferir el oxígeno y proporcione la mezcla que
requiere el sistema. La fuente puede ser un soplador con difusores, aeración mecánica
o a través de la inyección o de oxígeno puro.
3. Sedimentador (uno o varios) para separar los sólidos biológicos (lodos activados) del
agua tratada.
4. Un mecanismo para recolectar los sólidos biológicos del sedimentador y recircular la
mayor parte de ellos al reactor biológico o tanque de aeración, en lo que se conoce
como recirculación de lodos activados.
121
5. Un mecanismo para desechar el exceso de sólidos biológicos del sistema, lo que se
conoce como purga de lodos.
En una planta municipal típica, un proceso de lodos activados bien diseñado y operado
puede alcanzar efluentes con 20 mg/L de DBO5 y 20 mg/L de sólidos suspendidos. El
proceso tiene capacidad para mayores eficiencias hasta de 10 mg/L de DBO y 15 mg/L se
SS. Para alcanzar valores menores a estos últimos, se requiere tratamiento avanzado.
EFLUENTE DEL
SEDIMENTADOR
INFLUENTE
AGUA CRUDA
O
SEDIMENTADA
FUENTE DE
AERACIÓN
SEDIMENTADOR
A DESINFECCIÓN
RECIRCULACIÓN DE LODOS ACTIVADOS
EXCESO DE LODOS
ACTIVADOS A
TRATAMIENTO
(PURGA)
Figura 4.1 Proceso básico de lodos activados
4.2 Variantes al proceso de lodos activados
Existen numerosas modificaciones al proceso de lodos activados. Hay varias maneras de
tratar el agua residual biológicamente; el proceso de lodos activados es uno de los más
comunes y eficientes. Existen también algunas modificaciones al proceso convencional de
lodos activados que son usadas a menudo al diseñar estos sistemas. Las modificaciones
se describirán de manera sencilla a continuación.
Flujo pistón
Las aguas residuales pasan a través del tanque de aeración como un flujo pistón.
En el modelo de flujo pistón, el agua residual es conducida a través de una serie de
canales construidos en el tanque de aeración. La figura 4.2 muestra un diagrama del
esquema de flujo pistón.
En el diagrama se observa que las aguas residuales fluyen a través del tanque de aeración
como un pistón, y son tratadas al serpentear en el tanque. La concentración de materia
orgánica (DBO) se reduce conforme el flujo avanza en el tanque.
INFLUENTE
FUENTE DE AERACIÓN
CUERPO
RECEPTOR
SEDIMENTADOR
EFLUENTE DEL
SEDIMENTADOR
RECIRCULACIÓN DE LODOS
EXCESO DE LODOS ACTIVADOS A
TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN
Figura 4.2 Diagrama de flujo pistón del proceso de lodos activados
122
Completamente mezclado
Las aguas residuales están en mezclado completo en cualquier sitio dentro del tanque de
aeración. En el modelo completamente mezclado (idealmente), toda el agua influente al
tanque de aeración se mezcla instantáneamente con el oxígeno (abastecido con aire) y las
bacterias (lodos activados) dentro del agua contenida en el tanque de aeración.
Un diagrama de flujo para este esquema se presenta en la figura 4.3.
INFLUENTE
CUERPO
RECEPTOR
SEDIMENTADOR
TANQUE DE AERACIÓN
EFLUENTE DEL
SEDIMENTADOR
Figura 4.3 Diagrama de flujo para mezcla completa del proceso de lodos activados (proceso convencional)
Una vez que el agua cruda está en mezclado completo con el oxígeno y las bacterias, la
concentración de sólidos suspendidos volátiles y la demanda de oxígeno son homogéneos
en todo el tanque. Este es el esquema más común del proceso de lodos activados.
Estabilización – contacto
Otro esquema poco común en México del proceso de lodos activados, es la estabilizacióncontacto, la figura 4.4 muestra una planta con este proceso y la figura 4.5 un diagrama de
flujo de esta modificación.
Figura. 4.4 Planta paquete con la modificación estabilización-contacto de lodos activados
123
INFLUENTE
TANQUE DE CONTACTO
CUERPO
RECEPTOR
SEDIMENTADOR
EFLUENTE DEL
SEDIMENTADOR
FUENTE DE AERACIÓN
TANQUE DE ESTABILIZACIÓN
Figura 4.5 Diagrama de flujo para la modalidad estabilización-contacto
Bajo este modelo de operación, el agua cruda se introduce a un tanque de contacto donde
es aerada y mezclada con las bacterias; en este tanque los microorganismos entran en
contacto con la materia orgánica soluble e insoluble, la que pasa a través de la membrana
celular de las bacterias, y la materia orgánica sólida es adaptada por los microorganismos.
Los sólidos biológicos son sedimentados posteriormente en el clarificador secundario, y
después desechados del sistema o conducidos al tanque de estabilización donde los
microorganismos son aerados sin recibir influentes de agua cruda (digestión aerobia).
En el tanque de estabilización, las bacterias digieren (estabilizan) la materia orgánica que
han asimilado en el tanque de contacto. Una vez que han digerido esta materia y requieren
alimento adicional, son recirculadas al tanque de contacto. Debido a que tienen que usar el
alimento almacenado en su cuerpo durante el tiempo que permanecen en el tanque de
estabilización al pasar al de contacto asimilan rápidamente la materia orgánica proveniente
del agua cruda, por esta razón el tiempo de retención requerido se minimiza y
consecuentemente, el tamaño del tanque de contacto es mucho menor que el de los
tanques requeridos en otras opciones del proceso. Además, esto hace que en algunos
sistemas, que cuentan con esta modificación, omitan el sedimentador primario.
El volumen para el tanque de estabilización es menor a los tanques de aeración
convencionales, ya que solo recibe los lodos activados del sedimentador secundario y
ningún influente de agua cruda.
Aeración extendida
La aeración extendida es usada para tratar aguas residuales industriales. La modificación
al sistema de lodos activados denominada Aeración Extendida es usada comúnmente para
tratar aguas residuales de origen industrial que contienen principalmente materia orgánica
soluble y las bacterias necesitan amplios tiempos de retención para desdoblar las
sustancia complejas de este tipo de residuos. La figura 4.6 muestra un diagrama de flujo.
124
INFLUENTE
SEDIMENTADOR
ALTO TIEMPO
DE RETENCIÓN
AGUA
CRUDA
EFLUENTE DEL
SEDIMENTADOR
FUENTE DE AERACIÓN
RECIRCULACIÓN DE LODOS ACTIVADOS
EXCESO DE LODOS
ACTIVADOS
Figura 4.6 Aeración extendida
El modelo de esta modificación es similar al completamente mezclado, con la característica
de tener altos tiempos de aeración (aeración extendida). Una ventaja de este proceso es
que el largo tiempo de retención en el tanque de aeración proporciona una mayor
homogeneización del agua cruda, aceptando el proceso cambios bruscos en cargas
hidráulicas y orgánicas. Una segunda ventaja es que se producen menos lodos de
desecho pues algunas bacterias son digeridas en el tanque de aeración. Ambas ventajas
hacen de este sistema uno de los más simples de operación en el marco de los lodos
activados.
Normalmente se usa un tanque de aeración circular. Las zanjas de oxidación son similares
al modelo de flujo pistón, con la característica que el tanque de aeración es circular o
elipsoidal (llamado zanja de oxidación).
En estos sistemas es común utilizar “cepillos” rotatorios para transferir el oxígeno requerido
al reactor, colocados a lo ancho del mismo, aunque en los últimos diseños se han llegado a
colocar aeradores superficiales. El diagrama de la modificación se muestra en la figura 4.7.
CUERPO
RECEPTOR
SEDIMENTADOR
INFLUENTE
EFLUENTE DEL
SEDIMENTADOR
ROTOR
ZANJA DE OXIDACIÓN
EXCESO O PURGA DE
LODOS A TRATAMIENTO
Figura 4.7 Diagrama de flujo para la modalidad zanja de oxidación
Alimentación escalonada (a pasos)
La modificación al proceso de lodos activados denominada alimentación escalonada, se
refiere a la conexión del influente al reactor (del tipo de flujo pistón) en múltiples puntos a lo
largo del tanque, en lugar de tener el influente en un solo punto, normalmente en un
extremo del tanque como es el caso del proceso convencional. Un diagrama de flujo
simplificado se observa en la figura 4.8.
125
TANQUE DE AERACIÓN
CUERPO
RECEPTOR
SEDIMENTADOR
EFLUENTE DEL
SEDIMENTADOR
INFLUENTE
PURGA O EXCESO DE LODOS
ACTIVADOS A TRATAMIENTO
Figura 4.8 Diagrama de flujo para la modalidad de alimentación escalonada del proceso de lodos activados
En esta modalidad, la materia orgánica se distribuye a lo largo del tanque de acuerdo con
la dirección del flujo; esto permite que las bacterias digieran y asimilen los materiales
orgánicos a su paso por el tanque de aeración del tipo flujo pistón.
Este esquema de alimentación ayuda a mantener un balance adecuado entre el alimento y
los microorganismos a todo lo largo del tanque de aeración.
Aeración reducida
Esta modificación utiliza el esquema de flujo pistón; el influente entra por un extremo del
tanque; en este punto, la cantidad de materia orgánica es muy alta y consecuentemente la
demanda de oxígeno por las bacterias. Conforme el agua se mueve a través del tanque de
aeración, la materia orgánica es removida gradualmente; como la cantidad de alimento
disminuye, la demanda de oxígeno también; de esta manera, el resultado es que se
abastece mayor cantidad de aire a la entrada del tanque donde la demanda por los
microorganismos es mayor y se va reduciendo la cantidad de aire a lo largo del tanque, del
mismo modo que el alimento y los microorganismos. El diagrama de flujo del esquema se
presenta en la figura 4.9.
AIRE
CUERPO
RECEPTOR
SEDIMENTADOR
INFLUENTE
EFLUENTE DEL
SEDIMENTADOR
AIRE
PURGA O EXCESO DE LODOS
ACTIVADOS A TRATAMIENTO
Figura 4.9 Diagrama de flujo para la modalidad de aeración reducida en el proceso de lodos activados
Oxígeno puro
La modificación al proceso de lodos activados utilizados oxígeno de alta pureza,
normalmente se realiza en tanques cerrados configurados en serie. Las aguas residuales,
la recirculación y el oxígeno como gas, se introducen en la primera etapa del sistema y
fluyen a través de los tanques. Los tanques son cubiertos para retener el oxígeno y permitir
que se utilice la mayor parte de éste.
126
La disolución del oxígeno y la mezcla se realiza con aeradores superficiales o con sistemas
de turbinas sumergidas. La figura 4.10 muestra un diagrama del sistema.
Un aspecto importante es la fuente para obtener el oxígeno de alta pureza, siendo las
posibles fuentes: oxígeno líquido almacenado y la generación in situ. El oxígeno líquido
almacenado puede utilizarse en pequeñas plantas de hasta 175 l/s.
OXÍGENO DE ALTA PUREZA
INFLUENTE
SEDIMENTADOR
EFLUENTE DEL
SEDIMENTADOR
EXCESO DE LODOS
ACTIVADOS
Figura 4.10 Oxígeno puro
Proceso Graus
Otra modificación al proceso de Iodos activados es el esquema conocido como Proceso
Kraus. El diagrama de flujo respectivo se muestra en la figura 4.11.
El Iodo anaeróbiamente digerido y el sobrenadante del digestor se añaden a los
Iodos de recircuIación.
Esta modificación utiliza Iodos digeridos anaeróbiamente y el sobrenadante del digestor
para ayudar a mejorar las propiedades de sedimentación de los Iodos activados o flóculos
biológicos. Como se observa en la figura 4.11, una parte del lodo de recirculación del
sedimentador secundario es mezclado con Iodos anaeróbicamente digeridos y con el
sobrenadante del digestor en un tanque de reaeración.
El lodo dirigido anaeróbiamente es muy denso y sedimenta rápidamente, mientras que el
lodo activado es más ligero; la mezcla agrega peso a estos últimos, favoreciendo la
sedimentación.
127
FUENTE DE AEREACIÓN
INFLUENTE
CUERPO
RECEPTOR
SEDIMENTADOR
TANQUE DE AERACIÓN
EFLUENTE DEL
SEDIMENTADOR
EXCESO DE LODOS A TRATAMIENTO
TANQUE DE REAERACIÓN
SOBRENADANTE DEL DIGESTOR ANAEROBIO
LODOS DEL DIGESTOR ANAEROBIO
Figura 4.11 Diagrama de flujo para la modalidad Kraus del proceso de lodos activados
4.3 Factores relacionados con el proceso
Existen diversas condiciones para el correcto funcionamiento de las plantas; a continuación
se mencionan los principales factores que afectan la operación de plantas de lodos
activados.
Concentración del agua cruda
Variaciones en el influente afectan el proceso
Cualquier cambio significativo en las características del agua cruda afectará el desarrollo
de los microorganismos del sistema de tratamiento; si la carga de DBO5 se incrementa
significativamente, habrá demasiado alimento para los microorganismos del sistema. Este
exceso podrá incrementar la tasa de reproducción y producir un lodo activado joven
caracterizado por un crecimiento disperso de la población, lo que se traduce en una
sedimentación secundaria pobre.
Además no toda la DBO5 (alimento) es utilizada por los microorganismos, y una parte
pasará directamente al sedimentador secundario y al efluente de la planta.
Si por el contrario, la carga orgánica (DBO5) decrece, no habrá suficiente alimento para los
microorganismos y disminuirán su tasa de crecimiento, por lo que la población
microbiológica del sistema se reducirá; el efecto será un efluente con incremento en la
concentración de sólidos suspendidos al formarse un flóculo de rápida sedimentación que
no ayuda al arrastre de partículas finas y coloidales.
Se debe llegar a un balance adecuado entre la cantidad de alimento y la de
microorganismos en el sistema, esto se discutirá en otro capítulo.
128
Nutrientes
Los nutrientes presentes en aguas residuales de tipo doméstico, normalmente están en
cantidad suficiente para los microorganismos; sin embargo, habrá influentes como algunos
de origen industrial, que requieren la adición de nutrientes para su tratamiento por medios
biológicos.
Cuando no se tiene suficiente nitrógeno se desarrolla una población dispersa o filamentosa
que sedimenta pobremente, además que de la falta de nitrógeno inhibe la producción de
nuevas células. Al agregar nutrientes al agua cruda, se debe pensar en dejar un remanente
o nutrientes residuales en el efluente de la planta.
Oxígeno disuelto (OD)
Para mantener viva la población aerobia, se debe agregar oxígeno al tanque de aeración.
La variación temporal de la demanda de oxígeno en el sistema hace que se tenga también
una variación en la cantidad de oxígeno que se debe proporcionar, y mantener así la
concentración en los valores deseados. En lugares con climas extremos (norte del país) en
el verano la actividad bacteriana aumenta y se requiere mayor cantidad de oxígeno;
además, como la temperatura del agua residual se incrementa, el valor de saturación del
oxígeno en el agua disminuye (esto es la cantidad de oxígeno que puede ser disuelto en el
agua se reduce). Ambos fenómenos pueden dar como resultado que se requiera mayor
cantidad de oxígeno en el sistema durante el verano para mantener la misma
concentración de oxígeno disuelto.
Durante el invierno, las temperaturas bajas pueden causar una disminución de la actividad
bacteriana y un aumento en el valor de saturación. Lo que da como resultado que en los
meses más fríos se reduzcan los requisitos de aire en el sistema.
Tiempo de retención
Los microorganismos deben tener suficiente tiempo para proporcionar el tratamiento.
El tiempo de retención hidráulica del tanque de aeración o la cantidad de tiempo que las
bacterias están en contacto con el alimento de las aguas crudas, es un importante factor
de operación. Se debe dar el tiempo suficiente para permitir que las bacterias asimilen la
materia orgánica presente en el agua residual. Si el tiempo de retención en el tanque de
aeración es muy pequeño, no toda la materia orgánica será removida y el efluente tendrá
valores altos de DBO5.
También es importante este concepto de tiempo de retención para los tanques
sedimentadores; en ellos se debe permitir que los flóculos de Iodos activados se
sedimenten en tiempo razonable. El tiempo de retención es un parámetro donde el
operador tiene poco control.
129
pH
ACTIVIDAD BIOLÓGICA RELATIVA
Se debe vigilar que el pH se mantenga en ciertos límites dentro de las unidades de
proceso de la planta principalmente en el tanque de aeración, para mantener a los
microorganismos saludables y activos en el sistema. En la figura 4.12 se observa la
actividad biológica de acuerdo con los valores de pH en el tanque de aeración. Las
bacterias pueden sobrevivir en el rango de pH entre 5.0 y 10.0 y reproducirse entre los
valores de pH de 6.5 y 8.5. Abajo de 6.5, los hongos predominan sobre las bacterias y se
tendrá una baja remoción de DBO5 y una pobre sedimentación.
0
4
5
6
7
8
9
10
11
12
pH
Figura 4.12 Niveles de pH y actividad biológica
A valores altos de pH, los nutrientes como el fósforo empiezan a precipitar, y ya no puede
ser utilizado por las bacterias; esto da como resultado una baja remoción de DBO5.
En condiciones extremas por arriba o por abajo del rango mencionado (5.0-10.0), la
población biológica de la planta morirá.
Toxicidad
La toxicidad normalmente es atribuida a altas concentraciones de metales pesados, tales
como cobre, plomo, zinc, u otro tipo de compuestos orgánicos.
Se pueden presentar dos tipos de toxicidad: crónica o aguda.
La toxicidad aguda puede presentarse rápidamente; en cuestión de horas, la población
biológica del tanque de aeración puede morir, lo que hace que este tipo de toxicidad sea
detectada rápidamente, mientras que la toxicidad crónica se presenta lentamente haciendo
difícil su identificación.
La toxicidad aguda se muestra con altas concentraciones de sustancias tóxicas, tales
como cianuro o arsénico que son descargados al sistema de alcantarillado de la planta.
130
La toxicidad crónica se presenta cuando un elemento, por ejemplo, cobre, aumenta
gradualmente dentro de las bacterias, donde las bacterias son recirculadas una y otra vez
en el sistema.
Como la concentración del elemento tóxico se incrementa dentro de los microorganismos,
el nivel tóxico es alcanzado disminuyendo su actividad celular hasta que mueren. El
análisis de concentración de metales presentes en los lodos del sedimentador secundario
de la planta puede detectar problemas potenciales por toxicidad crónica.
Temperatura
Dentro de ciertos límites: a mayor temperatura aumenta la actividad bacteriana y viceversa.
ACTIVIDAD BIOLÓGICA
Un importante factor de operación, aunque el operador tiene control sobre él, es la
temperatura del agua residual. La temperatura afecta directamente el nivel actividad de las
bacterias en los sistemas de lados activados. Las relaciones entre temperatura y actividad
biológica se pueden observar en la figura 4.13.
0
20
38
60
TEMPERATURA ºC
Figura 4.13 Temperatura y actividad biológica
El rango óptimo de temperatura para la actividad bacteriana aerobia es entre 25 y 32 °C.
Generalmente por cada cambio en la temperatura de 10 oC, la actividad bacterial varía con
un factor de 2. A altas temperaturas las bacterias se vuelven más activas, inversamente a
menor temperatura menor actividad bacteriana.
Para compensar los cambios de temperatura en las diferentes estaciones del año, se
deben incrementar los SSVLM en invierno y disminuirlos en verano. Durante los meses de
invierno la actividad biológica baja y los sólidos suspendidos volátiles en el tanque de
aeración necesitan incrementarse y en el verano por condiciones inversas; los SSVLM
deben reducirse, ya que cada bacteria asimilará más de materia orgánica por su mayor
actividad.
131
La temperatura también afecta las características de sedimentación. Durante el invierno, el
agua es más densa y la sedimentación será más lenta y en el verano sucede lo contrario.
Mezcla
Es deseable un tanque de aeración completamente mezclado para evitar que las bacterias
sedimenten, también es importante mantenerlas en movimiento para que entren en
contacto con la materia orgánica de las aguas residuales (para ser utilizada como
alimento), además al estar en contacto entre sÍ, las bacterias formarán un flóculo que
sedimentará en la unidad subsecuente del sistema.
El tanque de aeración con mezclado completo evita los cortocircuitos que podrían
formarse.
Existen varios indicadores de mezclado. Uno es la formación de depósitos de sólidos en
las esquinas del tanque de aeración. Cualquier acumulación significante en las esquinas
puede detectarse con un palo, largo o mediante equipo para sacar muestras del fondo. Un
segundo indicador es la detección de zonas con concentraciones de cero oxígeno disuelto
en el tanque de aeración, mediante un oxímetro portátil. Un tercer indicador es la detección
de zonas con diferencia significativa en concentración, ya sea de OD o de SS. Un tanque
de aeración bien mezclado presentará uniformidad de concentraciones en todo el tanque.
Gasto
El gasto de entrada afecta la operación de una planta de tratamiento y se relaciona
directamente con otros factores. El incremento de gasto por arriba de los valores de diseño
disminuirá el tiempo de retención y por tanto, la capacidad de tratamiento reduciendo las
eficiencias de operación. El gasto de entrada es un factor donde el operador tiene poco o
nulo control, por lo que es recomendable contar con un sistema de “by pass” cuando se
presenten caudales mayores al de diseño.
132
1. ¿Cómo se llama el componente del sistema de lodos activados que separa los sólidos
biológicos (lodos activados) del agua tratada?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
2. ¿En dónde las bacterias digieren (estabilizan) la materia orgánica que han asimilado?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
3. Escriba cuando menos tres modificaciones al proceso de lodos activados que se le han
hecho, poco menos comunes.
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
4. ¿Qué puede ocurrir si la carga de DBO5 se incrementa de manera significativa?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
5. ¿Cuál es el rango óptimo de temperatura para la actividad bacteriana aerobia?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
133
134
5
DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS DE
PROCESO
• Conocerá las principales características de los
equipos que se utilizan en los sedimentadores
primarios y secundarios.
• Comprenderá la importancia, las características y las
formas de operación de los sistemas de aereación
que se utilizan en las de lodos activados.
5.1 Equipos en sedimentadores
Sedimentadores primarios y secundarios
Los sedimentadores realizan la función de remover sólidos suspendidos; si la unidad de
proceso está antes del tratamiento secundario, se denominan sedimentadores primarios; si
son parte del proceso de tratamiento biológico, se conocen como sedimentadores
secundarios.
Los sedimentadores se clasifican por su forma en: circulares, cuadrados, rectangulares,
hexagonales y octagonales. Los más comunes son los circulares y los rectangulares.
Sedimentadores circulares
Los sedimentadores circulares (figuras 5.1. 5.2 y 5.3) se caracterizan por modelos de flujo
radiales ya sea de entrada o salida. Son seleccionados y diseñados para tratamiento
primario y secundario.
Sus diámetros varían desde pocos metros (tres) hasta grandes tanques de cien metros. El
lado recto para tanques primarios varía de 2.5 a 4 m, y para secundarios de 3 a 5 m o más.
Existen diversos tipos de configuraciones; se clasifican por su alimentación, en central o
periférica.
135
Figura 5.1 Sedimentador circular con recolección mecánica de lodos
Figura 5.2 Sedimentador circular con recolección de lodos por gravedad
136
Figura 5.3 Típico sedimentador circular
Los equipos principales en estos tanques son las rastras giratorias con puente fijo o móvil.
La función principal de las rastras es empujar el lodo del fondo del sedimentador de
manera concéntrica hasta alcanzar una tolva ubicada en el centro del tanque (a un lado de
la columna central), de donde son extraídos en forma hidráulica o por bombeo.
La operación es muy sencilla, generalmente son automáticos; se debe tener cuidado en el
arranque del sedimentador, pues si hay Iodos acumulados puede presentarse una rotura
de la armadura. El desnatador trabaja con un mecanismo automático, se debe verificar que
el motorreductor esté funcionando normalmente y que el desnatador no se atore.
Realmente la operación importante de los sedimentadores es el control de la extracción o
purga de Iodos para evitar problemas de sépticos y crecimiento o desaparición del manto
de Iodos.
Este tipo de rastra colectora de Iodos de tipo giratorio se considera como un excelente
mecanismo para remover Iodos primarios, secundarios y para remoción de cal u otros
químicos en tratamientos terciarios. Ofrece la ventaja de ser un mecanismo simple en
funcionamiento, y muy fácil en cuanto a operación y mantenimiento.
Sedimentadores rectangulares
Los sedimentadores rectangulares se usan más en plantas de tratamiento de aguas
residuales grandes. Muchos ingenieros proyectistas los consideran económicos por sus
paredes comunes a otros tanques y por la conveniencia de tener una galería de bombeo
en un extremo del tanque. Los detalles de diseño incluyen: profundidad, orificios de
entrada, mamparas, desnatadores, rastras, canaletas, andadores, etc. Este número de
variables hace que exista una gran variedad en el diseño de los tanques.
137
La mayor parte de estos tanques tienen una profundidad de 2m, pero para Iodos activados
esta profundidad es mayor. La relación largo a ancho generalmente está entre 1.5 1 y 15:
1. Para prevenir cortocircuitos se tienen anchos mínimos de 3m, y relación largo-ancho
mínima de 3:1.
La alimentación se hace en un extremo, y la recolección de agua sedimentada en el
extremo opuesto. El lodo que se deposita en el fondo del sedimentador, es acarreado por
medio de rastra a un extremo donde se han construido tolvas y se extrae por medios
mecánicos o hidráulicos.
Los mecanismos colectores de Iodos para tanques rectangulares pueden ser de dos tipos:
rastras de cadenas o puentes viajeros.
Rastra de cadenas
Las rastras de cadenas (figuras 5.4 y 5.5) constan de una serie de rastras cuyos extremos
se fijan a dos cadenas paralelas que se mueven mediante un sistema de catarinas por
medio de un motorreductor.
Este movimiento es lento, evitando la turbulencia del lodo depositado en el fondo al ser
arrastrado a las tolvas colocadas en un extremo del sedimentador. En sedimentadores
primarios y en algunos secundarios, las rastras también sirven, al regresar, como
desnatadores, llevando en su viaje, al extremo opuesto de las tolvas, las natas que son
colectadas generalmente en una media caña de operación manual y retiradas del
sedimentador.
Una desventaja es su difícil mantenimiento; cuando es requerido se debe vaciar el
sedimentador. Comparando con otros sistemas, el mantenimiento de rastras, cadenas,
catarinas, motorreductores, flechas y baleros es más serio y, por tanto, de mayor duración
y tal vez también desfavorable en costos.
Figura 5.4 Sedimentador rectangular con rastras y cadenas con recolección de natas
138
Figura 5.5 Sedimentador rectangular con rastras cadenas sin remoción de natas
Puentes viajeros
Los puentes viajeros están equipados con una sola rastra que puede ser nivelada. El
puente se mueve hacia adelante y hacia atrás sobre rieles colocados en ambos lados del
sedimentador. El mecanismo funciona de ida para extraer Iodos del fondo y de vuelta como
desnatador.
El puente viajero con rastra o con mecanismo de succión fue desarrollado para resolver
problemas de mantenimiento, como los mencionados para rastras con cadenas. No
requieren que el sedimentador se vacíe para su mantenimiento o reparación.
Los puentes viajeros con rastra, raras veces se utilizan en plantas de Iodos activados; los
puentes viajeros con sistema de succión son más comunes.
5.2 Sistemas de aeración
Se consideran el corazón de las plantas de Iodos activados. Los microorganismos aerobios
no pueden vivir sin la transferencia de oxígeno en el tanque de aeración.
La simulación de lo que sucede en las corrientes, donde en forma natural el agua se
oxigena con la velocidad y cambios de dirección del río y otros factores, se logra
artificialmente con dos tipos de sistemas, uno con base en aeradores mecánicos, y el otro
mediante aeración por difusión.
Aeradores mecánicos
La aplicación más usual de aeradores mecánicos incluye varias modificaciones al proceso
de Iodos activados, zanjas de oxidación, unidades de forma oval o de anillo, lagunas
aeradas, etc. Los aeradores mecánicos también son usados en otras unidades de proceso,
como en sistemas de preaeración, tanque de homogeneización.
139
Los principales requisitos para aceptar equipos de aeración mecánica son los siguientes:
1. Se debe tener suficiente transferencia de oxígeno a un costo razonable.
2. La capacidad de mezclado debe ser suficiente.
3. Los aerosoles y rocío causado por la aeración no deben contaminar el aire; esto es
importante en plantas cercanas a zonas residenciales.
4. Los aeradores requieren bajo mantenimiento, flexibilidad de operación y control del
equipo.
Los aeradores mecánicos dan una combinación de aeración y mezcla del líquido. Algunos
producen la interfase gas-líquido tomando aire de la atmósfera y dispersándolo en
burbujas; otros dispersan el líquido en el aire en forma de gotas; algunos producen
películas delgadas de agua que entran en contacto con el aire, y otros generan gotas de
agua y burbujas de aire. Un grupo específico de aeradores mecánicos usan la difusión
inyectando el aire de la superficie al líquido; se llaman aeradores mecánicos combinados.
La tabla 5.1 muestra la diversidad de aeradores mecánicos, divididos en dos grandes
grupos, los de eje vertical y los de eje horizontal. Las figuras 5.6 a 5.12 muestran
diagramas de aeradores mecánicos. La eficiencia de transferencia de oxígeno se puede
consultar en la tabla 5.2.
Tabla 5.1 Diversidad de aeradores mecánicos
CON EJE
HORIZONTAL
SUMERGIDOS
SUPERFICIALES
TIPO PALETAS
TIPO CANASTA
COMBINADOS
TIPO ASPAS
TIPOS DISCO
POROSOS
SUMERGIDOS
IMPULSOR
TURBINA
CON EJE
VERTICAL
SUPERFICIALES
DISCOS POROSOS CON AIRE FORZADO
SUCCIÓN DE AIRE
AIRE FORZADO
CON TIRO MECÁNICO DE AIRE
AIRE FORZADO
TURBINA ABIERTA
FLUJO DESCENDENTE TURBINA CERRADA
AIRE FORZADO
CENTRÍFUGOS
FLUJO ASCENDENTE
RADIAL – AXIAL
AXIAL
Tabla 5.2 Rangos de eficiencia de aeración para diversos aeradores mecánicos
TIPO DE AERADOR
Superficiales centrífugos de baja velocidad
Superficiales centrífugos con tubo de succión
Superficiales axiales de alta velocidad
Flujo descendente con turbina abierta
Flujo descendente con turbina cerrada
Turbina sumergida
Impulsor sumergido
Rotor superficial
140
EFICIENCIA DE AERACIÓN
kg O2/kw-h
ESTÁNDAR
CAMPO
1.2 – 3.0
0.7 – 1.4
1.2 – 2.8
0.7 – 1.3
1.2 – 2.2
0.7 – 1.2
1.2 – 2.4
0.6 – 1.2
1.2 – 2.4
0.7 – 1.3
1.2 – 2.0
0.7 – 1.1
1.2 – 2.4
0.7 – 1.1
0.9 – 2.2
0.5 – 1.1
Figura 5.6 Aerador mecánico de eje vertical y baja velocidad
MOTOR ELECTRICO
EJE
COPLE
SEPARADOR
DEFLECTOR
FLOTADOR
HELICE
Figura 5.7 Aerador superficial flotante de eje vertical y alta velocidad, con impulsor
141
Figura 5.8 Aerador mecánico de eje vertical tipo aspas
Figura 5.9 Aerador mecánico eje vertical de turbina flujo ascendente
142
Figura 5.10 Aerador mecánico eje vertical impulsor de
flujo descendente
Figura 5.11 Aerador mecánico sumergido de baja
velocidad
Figura 5.12 Aerador mecánico axial con aspas abiertas
Consideraciones en la operación y mantenimiento
La operación efectiva del equipo de aeración mecánica debe minimizar el consumo de
energía y maximizar su funcionamiento. La operación y mantenimiento se enfocará al
control de la concentración de oxígeno disuelto en el líquido aerado; proporcionar la
mezcla mínima requerida en el sistema y proporcionar el servicio e inspección necesaria
sin interrumpir la operación.
Generalmente la concentración de oxígeno disuelto se establece entre 1 y 2 mg/L, a
temperaturas cercanas a los 20 °C; el consumo de energía para proporcionar 4 mg/L de
oxígeno en lugar de 2 mg/L puede aumentar entre un 5 y 40%. Debido a que el consumo
de energía en aeración es uno de los mayores costos de operación de la planta no se debe
sobreoxigenar el licor mezclad. Las técnicas de control dependen totalmente del equipo de
aeración, y se muestran en la tabla 5.3.
143
Tabla 5.3 Técnicas de control de la concentración de oxígeno con aeradores mecánicos
TÉCNICA
TIPO DE AERADOR
Superficiales centrífugos de baja velocidad
Superficiales axiales de alta velocidad
Flujo descendente turbina abierta
Flujo descendente turbina cerrada
Flujo descendente turbina cerrada con aire forzado
Turbina sumergida
Impulsor sumergido
Rotor superficial y disco
Eje horizontal aeración mecánica
SUMERGENCIA
VELOCIDAD
AIRE
SI
NO
POSIBLE
POSIBLE
NO
NO
NO
SI
NO
SI
NO
POSIBLE
POSIBLE
NO
NO
NO
SI
NO
NO
NO
NO
NO
SI
SI
NO
NO
SI
ENCENDIDO
APAGADO
SI
SI
SI
SI
SI
NO
SI
SI
SI
El mantenimiento de aeradores mecánicos involucra lo siguiente:
1. Mantenimiento preventivo periódico, tal como engrasado y aceitado de engranes y
baleros, revisión de cables eléctricos y mecanismos de fijación, revisión del desgaste
de bandas, etc.
2. Registro de datos de uso de energía, sumergencia de aeradores, gasto de aeradores,
gasto de aire (si aplica).
3. Registro de datos de tiempos de uso, tiempos de reparación.
4. Análisis de la falla de equipos, interrupciones de la operación, mantenimiento de
sopladores y tubería con equipos combinados.
Aeración por difusión
La aeración por difusión ha sido empleada en tratamiento de aguas residuales desde
principios de siglo. Los primeros sistemas introducían aire a través de tubos abiertos o
tuberías perforadas colocadas en el fondo del aerador. El deseo de mejorar la eficiencia
llevó al desarrollo de difusores de placa porosa que producen pequeñas burbujas y se
obtienen altas eficiencias en la transferencia de oxígeno.
La aeración por difusión es definida como la inyección de gas (aire u oxígeno) a presión
bajo la superficie líquida. Todos los equipos que se describirán alcanzan esta definición.
La industria del tratamiento de aguas residuales ha introducido una gran variedad de
equipos de difusión de aire. La clasificación tradicional mencionaba los difusores de
burbuja gruesa, y los de burbuja fina. Esta clasificación aparentemente da idea de la
eficiencia de transferencia de oxígeno; sin embargo, no existe un valor para diferenciar si
una burbuja es gruesa o fina. Por esta razón, la clasificación actual se hace por las
características físicas de los difusores, dividiéndolos en tres categorías: Difusores porosos,
Difusores no porosos y otros mecanismos de difusión.
144
Difusores porosos
Su uso les ha ganado renovada popularidad debido a la relativamente alta eficiencia de
transferencia de oxígeno mostrada (figura 5.13). Se han utilizado numerosos materiales
para fabricar este tipo de difusores: rígidos de cerámica o plástico y flexibles de plástico o
tela. De acuerdo con su forma se pueden encontrar difusores porosos de placa, domos,
discos y tubos.
(a)
(b)
(c)
Figura 5.13 Difusores porosos: a) disco, b) domo, c) disco perforado
Difusores no porosos
Difieren de los porosos por tener grandes orificios (comparados con los poros) o agujeros
que no se obstruyen fácilmente. Se encuentran en una amplia variedad de materiales y
formas. Los difusores de orificio fijo varían desde simples huecos taladrados hasta ranuras
especialmente configuradas en tuberías metálicas o plásticas.
Los difusores con orificio y válvula caen también en esta categoría, así como los difusores
estáticos y las mangueras perforadas. Figura 5.14.
Figura 5.14 Difusores no porosos
145
Otros sistemas de difusión
Dentro de la clasificación se separaron los mecanismos híbridos como los sistemas de Jet,
mecanismos aspirantes como las bombas aspiradoras de propela, y la aeración en tubos
U; se pueden observar en las figuras 5.15 a 5.18.
Figura 5.15 Aerador tipo Jet Direccional
Figura 5.16 Mecanismo aspirante de propela (tipo cañón)
146
Figura 5.17 Aerador de turbina con aire forzado (rociador)
Figura 5.18 Aeración en tubo "U"
147
Los factores que afectan el
funcionamiento de los difusores
son: tamaño de la burbuja y
características
del
medio,
uniformidad de la distribución
del aire, tamaño y forma del
difusor, gasto por difusor,
profundidad de colocación del
difusor, geometría del tanque,
arreglo de difusores, etc. Las
figuras 5.19 y 5.20 muestran
arreglos de difusores.
Figura 5.19 Diferentes arreglos de difusores "modelo de flujo"
Figura 5.20 Arreglo típico de difusores
Sopladores
Un soplador es un mecanismo de una o varias etapas diseñado para producir grandes
volúmenes de aire o gas a una presión cercana a la atmosférica. Un compresor se clasifica
como un mecanismo diseñado para producir pequeños volúmenes de aire a altas
presiones. Ambas máquinas realizan la misma función; la aplicación y rangos de presión
son la diferencia entre soplador y compresor.
148
Los sopladores son la mayor fuente de consumo
de energía en plantas de Iodos activados.
Cualquier intento por minimizar el consumo de
energía incide directamente en los costos directos
de la planta. La adecuada operación de un
soplador y el sistema de aeración pueden llevar a
altas eficiencias en el uso de los equipos.
Existen dos tipos de sopladores comúnmente
utilizados en plantas de tratamiento, los de
desplazamiento positivo y los dinámicos. Los de
desplazamiento positivo funcionan comprimiendo
un volumen fijo de aire (gas) y encerrándolo para
elevar la presión. Los dinámicos funcionan con
impulsores que imparten velocidad y presión
continua al aire (gas). Las figuras 5.21 a 5.23
muestran diferentes sistemas y sopladores.
Figura 5.21 Sistema de sopladores y difusores
Figura 5.22 Típico sistema de aeración por difusión
149
El operador debe aplicar algún
método
para
regular
la
capacidad del soplador. Estos
métodos son:
1. Control de la válvula de
alivio o by pass; este
método no ahorra energía y
es
para
pequeñas
instalaciones.
2. Control de válvula de
entrada de aire; este
método es para sopladores
dinámicos; es el método
más eficiente y económico
para regular la capacidad
del soplador. No debe
usarse en sopladores de
desplazamiento
positivo
porque si se cierra la válvula
de entrada, el mecanismo
se daña al trabajar en seco.
Este simple método de
control consiste en colocar
una válvula mariposa a la
entrada
del
soplador,
reduciendo hasta un 45% la
capacidad de operación
normal.
Figura 5.23 Sistema de sopladores y difusores con filtro de aire
exterior
3. Difusores ajustables en la descarga de compresores radiales con impulsores, pueden
dar cierta capacidad de regulación sin reducir la presión de descarga. Este mecanismo
también da un 45% de reducción de la capacidad nominal del soplador.
4. El uso de motores de velocidad variable es un método eficiente de regulación para
sopladores de desplazamiento positivo. Un pequeño cambio de velocidad de rotación
puede producir un cambio relativamente grande en la presión de descarga del soplador.
Debido a que operan en un pequeño rango de presiones, el uso de motores de
velocidad variable no es económico.
5. En plantas pequeñas de aguas residuales, un solo soplador en funciones y otro en
espera son suficientes. En plantas grandes es común encontrar una serie de
sopladores funcionando a la vez, con uno de reserva.
El control de sopladores en serie requiere un análisis de funcionamiento de acuerdo con
las curvas características del sistema.
150
1. ¿Cuál es la función de los sedimentadores?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
2. ¿Cómo se clasifican los sedimentadotes?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
3. ¿Cuál es la operación más importante de los sedimentadores? y ¿por qué?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
4. ¿Por qué son importantes los sistemas de aereación en las plantas de lodos activados?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
5. ¿En qué consiste el mantenimiento preventivo periódico de aeradores mecánicos?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
151
6. ¿Como se define la aereación por difusión?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
7. ¿Cuáles son los difusores que han mostrado alta eficiencia de transferencia de oxígeno?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
8. En una planta de lodos activados ¿qué equipo es el que consume mayor energía?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
9. Escriba como funcionan los sopladores de desplazamiento positivo
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
10. ¿Cuántos sopladores se requieren en plantas pequeñas de aguas residuales?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
152
6
FUNDAMENTOS Y CONTROL DE LA
OPERACIÓN
• Comprenderá los métodos que se deben utilizar para
un adecuado monitoreo del proceso biológico de
tratamiento.
• Comprenderá las diferentes técnicas que le permitan
un adecuado control del proceso de tratamiento.
El estudio realizado por la CNA sobre el inventario de plantas de tratamiento arroja datos
significativos: más del 50 % de las plantas inventariadas no operan o requieren
rehabilitación, y del 50 % que están en operación seguramente un alto porcentaje se
encuentra en malas condiciones de operación y mantenimiento, por lo que no cumplen con
los parámetros fijados por las autoridades para sus efluentes. De aquí se ve la necesidad
contar con programas de mantenimiento y operadores bien capacitados para mejorar la
eficiencia de las plantas.
Una planta de aguas residuales es tan eficiente como lo son sus operadores.
La eficiencia de una planta de tratamiento de aguas residuales es tan buena como hábil es
su personal de operación, pero para que esto sea totalmente válido se requieren apoyos
de otras áreas, principalmente recursos económicos.
6.1 Monitoreo del proceso
Para conocer realmente el proceso, su problemática y soluciones, es necesario que la
planta sea monitoreada adecuadamente. El monitoreo del proceso representa la diferencia
entre una planta por donde solo corre el agua, y otra en donde se trata el agua.
Cualquiera puede abrir o cerrar una válvula, arrancar o parar una bomba, pero solo un
operador capacitado sabrá CUANDO abrir o cerrar una válvula o CUANDO arrancar o
parar una bomba, y CUANDO y CUANTO se debe recircular y purgar.
Es necesario monitorear adecuadamente cualquier proceso biológico de tratamiento; el de
Iodos activados requiere también del monitoreo continuo para conocer las posibles causas
de un mal funcionamiento de la planta, para determinar los parámetros de operación y
conocer las eficiencias del proceso o de cada unidad que lo compone.
Se presentan a continuación dos métodos de monitoreo: el visual y el analítico; ambos son
usados para operar con mayor eficacia una planta de tratamiento de Iodos activados.
153
Indicadores visuales
Un operador puede usar indicadores y visuales para conocer las condiciones de
funcionamiento de su planta de tratamiento y proceder a su adecuada operación. Los
indicadores visuales más comunes en sistemas de lodos activados son (tabla 6.1):
Tabla 6.1 Indicadores visuales
•
•
•
•
•
•
INDICADORES VISUALES
Color
• Burbujeos
Olor
• Material flotante
Espumas
• Acumulación de sólidos
Algas
• Trayectoria de flujos
Rocío en aeradores
• Turbulencias
Claridad del efluente
• Tacto
Color
El color puede ser indicativo de un lodo viejo o de uno saludable; un lodo activado aerado
en buenas condiciones presenta un color café achocolatado. Un Iodo oscuro o negro podrá
indicar que no se transfiere el suficiente oxígeno al tanque de aeración y que el lodo es
anaerobio.
Un color poco usual que se observe en el tanque de aeración puede indicar alguna
sustancia extraña descargada en el sistema de alcantarillado (por ejemplo, colorantes de la
industria textil o sangre de un rastro).
Olor
El licor mezclado tiene un olor característico como a humedad.
El olor puede indicar si la planta está trabajando bien; una planta bien operada no debe
generar olores objetables. Una muestra de Iodos activados saludables del tanque de
aeración tiene un ligero olor; si el Iodo se vuelve séptico, su color cambia a oscuro y el olor
irá aumentando hasta ser similar al del huevo podrido (ácido sulfhídrico gaseoso).
Espuma
La espuma indica que los niveles de sólidos no son adecuados, o bien que el Iodo
no tiene la edad requerida.
La espuma también es indicio de las condiciones de operación de la planta. La formación
de espuma blanca en el efluente de la planta indica alta concentración de sólidos, y la
formación de grandes cantidades de espuma en el tanque de aeración, signo de que el
Iodo activado es demasiado joven, y que se debe disminuir la purga de Iodos; por el
contrario, la formación de espuma espesa y oscura indica un lodo viejo, por lo que la purga
debe aumentarse. La presencia de espuma puede deberse en algunas ocasiones a
sustancias químicas descargadas al alcantarillado.
154
Algas
El crecimiento de algas puede indicar altos niveles de nutrientes.
El excesivo crecimiento de algas en las paredes de los tanques o en las canaletas
recolectoras significa que el influente a la planta tiene altos niveles de nutrientes.
Las algas necesitan nitrógeno y fósforo para crecer y algunas formas de algas tienen la
habilidad de tomar el nitrógeno de la atmósfera; esto quiere decir que aun con poco
nitrógeno y alto contenido de fósforo se pueden presentar problemas de algas. Si se
agrega ácido fosfórico como fuente de nutrientes, esta fuente debe reducirse o cancelarse.
Rocío en aeradores
Los aeradores mecánicos fijos o flotantes deben sumergirse a una profundidad adecuada;
si existe poco rocío del aerador, significa que el nivel de sumergencia no es adecuado;
bajas concentraciones de oxígeno disuelto en el tanque pueden deberse a esta misma
causa.
Turbiedad del efluente
Un efluente turbio es obviamente un indicador de problemas operacionales.
Altas concentraciones de sólidos suspendidos en el efluente del sedimentador secundario
es una indicación obvia del mal funcionamiento de la planta. Sin embargo, este problema,
a menudo es observado solamente hasta que se tienen resultados analíticos del efluente.
Si el acarreo de sólidos se presenta solamente en una sección de la canaleta, es probable
que se tengan cortocircuitos en el sedimentador o que los vertedores estén desnivelados.
Si el acarreo ocurre a lo largo de toda la canaleta (y vertedores), es indicativo de que el
lodo tiene propiedades de sedimentación muy pobres; este problema se discute a fondo en
otra sección del curso.
Burbujeo
El burbujeo del sedimentador indica que el manto de Iodos es demasiado profundo.
Las burbujas en el sedimentador secundario denotan que el Iodo está siendo retenido
durante mucho tiempo y que se debe incrementar la recirculación. Si el manto de Iodos es
demasiado profundo, el lodo en las capas más profundas se convertirá en anaerobio
(séptico) y producirá ácido sulfhídrico, metano y dióxido de carbono, que al desprenderse
como gas formará burbujas. Este fenómeno causa problemas operacionales, pues al
desprenderse las burbujas se arrastran sólidos a la superficie.
Material flotante
Excesivas cantidades de espuma indican niveles altos de grasas y aceites y/o
sobreaeración.
155
El material flotante o capa de Iodos del sedimentador secundario es indicador de altas
concentraciones de grasas y aceites en el influente a la planta; esto interfiere con la
sedimentación secundaria y puede causar bajas eficiencias de remoción de DBO5. Una
capa de nata en el sedimentador significará que se está inyectando demasiado aire y que
las burbujas formadas arrastran los flóculos fuera del sedimentador. El oxígeno disuelto en
el tanque de aeración debe revisarse continuamente para mantenerlo entre 1 y 2 mg/L.
Acumulación de sólidos
La acumulación de sólidos indica un mezclado ineficiente.
La acumulación de sólidos, sobre todo en las esquinas en zonas intermedias entre
aeradores o zonas profundas, indican un mezclado ineficiente del licor mezclado del
tanque de aeración. Este problema puede identificarse muestreando el tanque con equipo
para pruebas de fondo, o con un palo para sentir los depósitos de Iodo. Los montículos de
Iodos depositados pueden ser causados también por la operación ineficiente de las
cámaras desarenadoras, o de los sedimentadores primarios, lo que permite que la arena
llegue hasta el aerador.
La colocación adecuada de mamparas, en ocasiones resuelven el problema de mezcla
pobre. La acumulación de sólidos es indeseable porque reduce el volumen efectivo del
aerador; por tanto, afecta la eficiencia del proceso. Los montículos de Iodos dan como
resultado zonas de actividad anaerobia que se traducirán en problemas de sedimentación
y olor.
Trayectoria de flujos
La observación de la trayectoria del flujo puede ser utilizada para detectar
cortocircuitos.
Los cortocircuitos en tanques es otro problema que algunas veces se detecta visualmente.
Un cortocircuito es cuando el influente pasa al tanque directamente de la estructura de
entrada a la estructura de salida; esto lleva a la reducción de tiempos de retención por
debajo de los de diseño, o sea una pobre operación. Algunos cortocircuitos se detectan al
observar como se mueve la espuma del aerador, los sólidos suspendidos o el material
flotante. La colocación de mamparas, a menudo elimina este problema.
Turbulencia
Zonas de baja turbulencia pueden deberse a difusores obstruidos.
La turbulencia en el tanque de aeración puede usarse para identificar problemas; un
tanque completamente mezclado debe presentar una turbulencia homogénea.
Turbulencias heterogéneas (no uniformes) pueden ser causadas por difusores obstruidos,
colocación desigual de aeradores superficiales, o insuficiente aeración de algún equipo.
Las zonas de baja turbulencia indican el lugar preciso de difusores obstruidos.
156
Tacto
El tacto puede usarse para verificar equipo en operación.
EI tacto es una importante herramienta para monitoreo de equipos en funcionamiento; si
los motores de las bombas, sopladores o algún otro motor de los equipos el proceso se
sienten más calientes de lo normal, se deben verificar para evitar un daño y costo mayor.
La excesiva vibración en bombas y tuberías pueden ser una señal de advertencia de un
mal funcionamiento de los equipos; se debe identificar la causa de la vibración para
corregirla y evitar problemas futuros.
A continuación se presenta un formato guía (tabla 6.2) que puede ser utilizado para realizar
una evaluación rápida en planta de los indicadores visuales antes descritos.
Tabla 6.2 Evaluación de indicadores visuales
Café
Negro
Verde
Otro
Humedad
Ligero
Séptico
Otro
Entrada
Tan. Aeración
Sedimentador
Salida
Entrada
Tan. Aeración
Sedimentador
Salida
COLOR
Observaciones
OLOR
Observaciones
ESPUMA
Observaciones
ALGAS
Observaciones
Verificar nivel de aeradores
ROCÍO
Observaciones
Sedimentador
Verificar salida de los vertedores
TURBIEDAD
Observaciones
Sed. Primario
Sed. Secundario
Sed. Primario
Tan. Aeración
Otro
BURBUJAS
Observaciones
Sed. Secundario
Otro
MAT. FLOTANTE
Observaciones
ACUMULACIÓN DE
SÓLIDOS
Verificar las esquinas de los tanques de aereación
Observaciones
157
CORTOCIRCUITO
Observar trayectoria de las corrientes y/o material flotante
Observaciones
TURBULENCIA
Homogénea
Observaciones
EQUIPOS
Bomba B1
Bomba B2
Bomba B3
Soplador S1
Soplador S2
Compresor C1
Compresor C2
Observaciones
Tanque de aeración
Heterogénea: Ubicar zonas
Temperatura
Movimiento
Otro
Fugas
Otro
Indicadores analíticos
Los indicadores analíticos son la principal herramienta del personal de operación para
monitorear el funcionamiento de su planta de tratamiento. Los resultados analíticos se
usan no solo para conocer las eficiencias del proceso, sino también para resolver
problemas de operación mediante el cálculo de parámetros que sirven como base para el
funcionamiento adecuado del sistema. La figura 6.1 y la tabla 6.3 indican puntos
recomendados para el muestreo, parámetros y valores esperados.
1
2
INFLUENTE
2
3
2
5
4
2
EFLUENTE
2
4a
4a
RECIRCULACIÓN
PURGA
Figura 6.1 Puntos recomendados para muestreo
Tabla 6.3 Parámetros, puntos de muestreo recomendados y valores esperados, para la
evaluación del proceso
PARÁMETRO
DBO5 influente
DBO5 efluente
DQO influente
DQO efluente
Oxígeno disuelto
SSLM
SLBM
SS influente
158
PUNTO DE
MUESTREO
1
5
1
5
2
2, 3
2, 3
1
VALOR ESPERADO
1 – 300 mg/L
5 – 30 mg/L
3 – 900 mg/L
15 – 90 mg/L
1.5 – 4 mg/L
Variable
70 – 80% SSLM
Variable
PARÁMETRO
SS efluente
SS recirculación y purga
DBO5/DQO
pH
Sedimentabilidad
Manto de lodos
PUNTO DE
MUESTREO
5
4ª
1
2, 5
3
4
VALOR ESPERADO
5 – 30 mg/L
Variable
± 0.5
6.5 – 8.5
Graficar
0.3 – 1.0 m
Los indicadores analíticos de mayor importancia en la operación de plantas de Iodos
activados son:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5)
Demanda química de oxígeno (DQO)
Prueba de utilización de oxígeno
Sólidos suspendidos totales y volátiles (SST y SSV)
Prueba de sedimentabilidad de 30 minutos (IVL)
Nutriente (nitrógeno y fósforo)
pH
Grasas y aceites
Temperatura
Análisis microscópicos
Profundidad del manto de lodos
Acidez y alcalinidad
Gastos
Tiempos de retención
Dosificación de químicos
Niveles y alturas en tanques
Las técnicas para toma de muestras de agua, requerimientos de materiales y equipos, así
como los reactivos y condiciones de preservación se presentan en el Anexo 1. Técnicas de
muestreo.
A continuación se describe la importancia de cada uno de los indicadores analíticos.
Una caída brusca del OD indica que una carga orgánica alta ingresó al sistema.
Los niveles de oxígeno disuelto en el tanque de aereación son muy importantes para la
operación; si el oxígeno disuelto es muy bajo, se inhibirá la actividad microbiana y la
remoción
de DBO5 disminuirá. Concentraciones de altas OD pueden afectar
negativamente la sedimentación secundaria y se estará desperdiciando la energía. Un
incremento del OD puede deberse a problemas de toxicidad aguda o crónica; se pensará
en la primera si el incremento es rápido, y en la segunda si es lento.
Se recomienda tener oxígeno disuelto residual de 1 a 2 mg/L en el aerador. Con lo cual se
asegura un poco más del oxígeno que están utilizando las bacterias; el OD residual servirá
para satisfacer las variaciones normales de la demanda de oxígeno.
159
DBO5
Un efluente con altas concentraciones de DBO5 indica problemas operativos.
Otro factor importante como indicador del proceso es la concentración de DBO5, sobre
todo en el influente al tanque de aeración y el efluente del sedimentador secundario.
La DBO5 proporciona al operador la información relativa al funcionamiento de la planta,
como es la eficiencia de remoción de DBO5 también se obtiene la información de carga
orgánica (alimento), altas remociones de DBO5 indican que la planta funciona bien; bajas
remociones denotan que existen problemas en la planta.
Se requieren registros diarios de DBO5 para calcular parámetros de operación, siendo el
más importante la relación alimento-microorganismos (A/M). Otro uso de este indicador es
para calcular la cantidad de nutrientes en caso de requerirse en el proceso.
DQO
La demanda química de oxígeno puede usarse para estimar la demanda bioquímica
de oxígeno (DBO).
La DQO es una herramienta que cada
vez tiene mayor uso, pues el análisis
de laboratorio para su determinación
es mucho más rápido que el de la
DBO5. En aproximadamente 4 a 5
horas se puede realizar, mientras que
la DBO5 requiere cinco días. La espera
de resultados por más de cinco días
por la DBO5 ha promovido el uso de la
relación DQO/DBO; esta relación
puede obtenerse monitoreando de
manera sistemática los dos parámetros
durante un largo periodo para llegar a
establecer
de
manera
bastante
aproximada dicha relación.
Una vez que se tiene esta relación,
determinando el DQO se infiere el
valor de la otra, ahorrándose el tiempo
de
espera
de
resultados.
Principalmente por esta razón, la DQO
es un importante indicador analítico en
plantas de Iodos activados, además de
ser
un
índice
de
descargas
industriales.
A
continuación
se
presenta un ejemplo (tabla 6.4) con
resultados correspondientes al año
2003 de una planta de lodos activados.
160
Tabla 6.4 Ejemplos DQO y DBO
Fecha
11/02/2003
25/02/2003
11/03/2003
25/03/2003
08/04/2003
22/04/2003
07/05/2003
20/05/2003
11/06/2003
09/07/2003
19/08/2003
02/09/2003
17/09/2003
29/09/2003
30/09/2003
14/10/2003
23/10/2003
29/10/2003
14/12/2003
28/12/2003
DQO (mg/L)
143
118
126
380
250
181
67
150
106
231
168
67
113
125
187
109
68
228
200
215
DBO5 (mg/L)
102
91
97
260
134
125
51
116
81
180
132
48
84
89
142
78
52
176
152
165
DQO/DBO
1.40
1.30
1.30
1.46
1.87
1.45
1.31
1.29
1.31
1.28
1.27
1.40
1.35
1.40
1.32
1.39
1.31
1.30
1.32
1.30
De los datos anteriores se puede establecer que en época de lluvias la relación DQO/DBO
desminuye a valores de 1.27 y que en época de estiaje aumenta hasta 1.87. Sin embargo,
en la mayoría de los casos la relación esta comprendida entre 1.30 a 1.35, siendo el
promedio de 1.34 si se discrimina el valor mas alto obtenido. Este valor puede ser utilizado
para estimar la DBO5 del sistema.
Prueba de consumo de OD
Esta prueba indica el nivel de actividad de los microorganismos.
Una prueba simple, pero valiosa para monitorear el estado de la planta es la prueba de
utilización de oxígeno. Su determinación es fácil y rápida, y permite al operador conocer la
actividad microbiana en el aerador, midiendo la velocidad de utilización del oxígeno por los
microorganismos, con un oxímetro y comparando los resultados con lecturas normales en
su planta de tratamiento. El operador puede determinar si los microorganismos tienen
mayor actividad de lo normal o si están inhibidos. La gráfica de la figura 6.2 muestra el
comportamiento de este indicador.
12
O.D. EN mg/l
10
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
25
TIEMPO EN MINUTOS
Figura 6.2 Gráfica de utilización de oxígeno
SS y SSV
Los sólidos suspendidos y sólidos suspendidos volátiles son indicadores del proceso, por
lo que se han utilizado tradicionalmente como parámetros de control.
Los datos que se requieren de sólidos suspendidos en la planta se obtienen de las
diferentes operaciones unitarias para hacer ajustes en cada una de ellas, y evaluar el
funcionamiento de la planta continuamente.
Los SSVLM indican la cantidad aproximada de microorganismos en el tanque de
aeración.
161
Los valores encontrados de los sólidos suspendidos totales y volátiles se usan para
calcular los parámetros de control del proceso, tales como la relación alimentomicroorganismos (A/M) y el tiempo medio de retención celular (TMRC), el cual a su vez es
usado para calcular los niveles requeridos de SSVLM, gasto de recirculación de Iodos y
gasto del exceso de Iodos.
Para controlar el proceso de Iodos activados se deben hacer ajustes periódicos a la
recirculación y a la purga de Iodos; esto se basa en el contenido de SS y SSV en el
sistema de tratamiento.
Prueba de sedimentabilidad de 30 minutos
Para que el proceso de lodos activados funcione adecuadamente, los sólidos suspendidos
volátiles en el licor mezclado (SSVLM) del efluente del reactor deben separarse
rápidamente en el clarificador secundario. Las características de sedimentación de los
lodos se evalúan en pruebas de laboratorio.
Índice volumétrico de lodos (IVL).
Este se define como el volumen en mililitros ocupado por 1 gramo de sólidos en
suspensión del licor mezclado (SSLM), expresado en peso seco, después de sedimentar
durante 30 min en una probeta graduada de 1000 ml. La figura 6.3 es una curva ideal de
sedimentabilidad.
Como ejemplo, la concentración de sólidos suspendidos en una muestra son de 2000 mg/L
(2 g/L). Después de 30 min, la altura de la interfase del lodo corresponde a 250 ml. Ya que
hay 2 g de lodo en la probeta, el volumen ocupado por un gramo después de 30 minutos
es:
IVL = 250 ml / 2 g = 125 ml / g
Los valores típicos de IVL para lodos de buenas características de sedimentación con
concentraciones de 800 a 3500 mg/L están comprendidos dentro del intervalo 150 a 35.
800
80
600
60
400
40
200
20
VOLUMEN DE LODOS
SEDIMENTADOS EN ml
100
0
0
10
20
30
40
50
TIEMPO EN MINUTOS
Figura 6.3 Curva de sedimentación
162
60
70
0
VOLUMEN DE LODOS %
1000
Nutrientes
Los microorganismos requieren N y P, así como diversos nutrientes para su
desarrollo.
Los niveles de N y P deben ser monitoreados en el efluente del clarificador para saber si
están presentes y si se cumple con las condiciones de descarga de estos parámetros. La
deficiencia de nitrógeno es particularmente indeseable, porque causa la formación de
flóculos dispersos o filamentosos, que difícilmente sedimentarán.
Es necesario determinar estos parámetros en muestras filtradas para que no se
contabilicen los sólidos biológicos presentes en la muestra. Si los sólidos biológicos no se
retienen; el N y P de las células de los microorganismos se sumarán al N y P disponible
como alimento. Como regla general se sabe que a 100 kg de DBO5 le corresponden 5 kg
de N, y 1 kg de P para que exista una buena relación de nutrientes.
pH
Se debe mantener al pH entre 6.5 y 8.5 para asegurar la actividad microbiana en el tanque
de aeración. El pH del influente a la planta y del tanque de aeración se registrará
diariamente para conocer si se reciben ocasionalmente descargas que se salgan de los
valores mencionados, y realizar las acciones de control necesarias.
Grasas y aceites
Las grasas y aceites afectan negativamente la transferencia de alimento en los
microorganismos, así como la sedimentación de sólidos.
Este parámetro debe monitorearse tanto en aguas residuales municipales como en
industriales, sobre todo cuando se conoce su existencia. Las grasas y aceites interfieren en
la transferencia de materia orgánica soluble a través de la pared celular de los
microorganismos. Cantidades excesivas de grasas y aceites empujarán los flóculos a la
superficie en los clarificadores.
Temperatura
La temperatura afecta la actividad microbiana en los sistemas de tratamiento biológico;
este factor es muy sensible. La velocidad de reacción enzimática se duplica cada 10 °C
(aproximadamente); arriba de 35 °C, las enzimas son destruidas dando como resultado
final una baja en la eficiencia del proceso.
Observaciones microscópicas
Las observaciones microscópicas son otra herramienta importante para la operación de la
planta y para el monitoreo del sistema.
Las observaciones microscópicas se realizan para asegurarse de la existencia de
diversidad biológica y del nivel de actividad microbiana.
163
En general, los flóculos biológicos de pequeños a medianos y sin crecimiento disperso
indican un funcionamiento adecuado del sistema de Iodos activados. La presencia de
bacterias filamentosas y hongos indican condiciones ambientales desfavorables para los
microorganismos: tales como, altas cargas orgánicas, pH bajo, cantidades deficientes de
nutrientes, falta de OD, etc. Los microorganismos superiores son más sensibles que las
bacterias a estas condiciones adversas; la presencia de materiales tóxicos o falta de
oxígeno llevan a la muerte a estos microorganismos, lo que es usado como señal de
alarma cuando no son encontrados en las observaciones microscópicas. El flóculo debe
mostrar una gran variedad de protozoarios. La presencia de demasiados microorganismos
flagelados indican un lodo joven. Si el flóculo es pequeño y con gran número de rotíferos,
el lodo es viejo.
Es deseable tener una gran variedad de microorganismos.
La presencia variada de microorganismos en número y tipos de protozoarios indican un
proceso balanceado. En muchos casos, el balance de microorganismos en el sistema
indica problemas en el proceso mucho antes de que sean severos.
Profundidad del manto de lodos
Es recomendable tener un manto de Iodos de 1 m.
La altura del manto de lados del sedimentador debe medirse diariamente; un manto de
Iodos muy grande hará trabajar deficientemente al clarificador e indica que los Iodos no
han sido extraídos para la recirculación o purgados, y que se están acumulando más
rápido de lo que son extraídos.
Un manto de Iodos pequeño provocará una sedimentación deficiente, quizá originado por
un flóculo disperso o por la extracción excesiva del lodo del sedimentador.
Es deseable tener un manto de Iodos concentrado en el fondo del sedimentador para
reducir el volumen líquido que debe ser extraído para recirculación o purga.
Acidez y alcalinidad
Acidez/alcalinidad, capacidad amortiguadora de las aguas residuales.
Los análisis de acidez y alcalinidad dan la información necesaria para determinar la
capacidad amortiguadora del agua cruda y del agua tratada de la planta de tratamiento.
Esto puede ser importante, ya que uno de los subproductos de la degradación biológica de
la materia orgánica es el dióxido de carbono (CO2 que puede formar ácido carbónico
(H2CO3) cuando se mezcla con el agua, y puede bajar el pH, si las aguas residuales no
tienen la suficiente alcalinidad para amortiguar la formación del ácido.
La información de estos parámetros es importante si la planta recibe descargas industriales
que tengan alto o bajo pH y que tal vez requiera neutralización. Con base en estos
parámetros se calculan los productos químicos para la neutralización. La figura 6.4
muestra la relación del pH con procesos biológicos.
164
0
pH
5
DIGESTIÓN
ACIDA
ACIDO
6
ALCALINO
7
DIGESTOR
ANAEROBIO
FILTRO ROCIADOR
Y LODOS ACTIVADOS
8
9
10
ESTABILIZACIÓN CON CAL
14
Figura 6.4 Escala de pH y procesos biológicos
Gastos
Se requieren datos precisos del gasto.
Es obvio que se requiera monitorear el gasto influente y efluente de la planta. Los gastos
se necesitan para calcular cargas orgánicas, balance de sólidos, cálculo de parámetros de
control como, A/M y TMRC, tiempos de retención, ajuste de recirculación purga y
dosificación de nutrientes. Se requieren datos suficientes para el adecuado control de la
planta de tratamiento, de ser posible un equipo medidor de gasto continuo. La figura 6.5
muestra variaciones típicas diarias de gasto y carga.
165
MILES
500
30
400
20
300
GASTO DE
INFILTRACIÓN
DBO
200
10
GASTO EN m3/día
DBO EN mg/l
GASTO
100
0
0
400
800
1200
1600
2000
0
2400
TIEMPO EN HORAS
Figura 6.5 Variaciones típicas de gasto y carga en plantas pequeñas y medianas
Tiempo de retención
Los microorganismos necesitan tiempo para la digestión.
Los tiempos de retención adecuados al tipo de proceso son muy importantes en sistemas
biológicos de tratamiento y pueden verificarse periódicamente. Las bacterias necesitan
ciertos tiempos de retención en el tanque de aeración para asimilar y digerir la materia
orgánica del agua residual.
Tiempos de retención demasiado grandes pueden llevar a problemas de sedimentación;
tiempos muy cortos conducirán a bajas eficiencias de remoción de DBO5; el sedimentador
secundario también requiere cierto tiempo de retención, pero si es demasiado corto, el
flóculo biológico no tendrá tiempo de sedimentar, y la concentración de SS en el efluente
será muy grande. Si los Iodos permanecen en el tanque mucho tiempo, se vuelven
sépticos; bajo condiciones anaerobias se pueden tener problemas de desnitrificación. El
cálculo del tiempo de retención en las unidades de proceso es particularmente importante
cuando se alcanza o sobrepasa el gasto máximo de diseño.
Dosificación de productos químicos
En caso de usar productos químicos en el proceso (caso poco común), se requiere
mantener almacenada una cantidad suficiente para no parar la planta.
Niveles y alturas de tanques
Se deben verificar periódicamente las fluctuaciones del nivel o profundidad de los tanques
para algunas consideraciones en la operación.
166
6.2 Control del proceso
La función principal del operador de plantas de tratamiento de aguas residuales es el
monitoreo y control de su proceso de tratamiento, de tal manera que la producción de agua
tratada tenga consistentemente la calidad que se espera de ella (alta calidad de acuerdo
con el tipo de instalaciones), para cumplir con las condiciones particulares de descarga
fijadas por las autoridades correspondientes.
Existen diversas técnicas para que el operador controle su planta, y obtenga el
funcionamiento óptimo de su sistema de Iodos activados. Para tal efecto, en la figura 6.6
se ilustra de manera esquemática el proceso de lodos activados, en el cual a su vez se
identifican las principales corrientes y una nomenclatura que será utilizada para el cálculo
de los indicadores analíticos.
Qi
Si
SSVi
Qo
So
SSVo
Tanque de
aeración
Qe
Se
SSVLM
Qf
Se
SSVf
Sedimentador
SSVLM
Ql
Se
SSVl
Qr
Se
SSVl
Qp
Se
SSVp
Figura 6.6 Esquema del proceso de lodos activados
Índice volumétrico de lodos (IVL)
El resultado de la prueba de sedimentabilidad sirve para calcular el índice volumétrico de
lodos; su uso es directo en la siguiente expresión.
IVL =
Volumen de lodos sedimentados
× 1000
Concentración de SSLM
Donde el volumen de lodos sedimentados se determina en la probeta de 1 L después de
30 min, las unidades son ml/L.
La figura 6.7 muestra las relaciones de operaciones entre el índice volumétrico de lodos y
otros factores.
167
6000
IVL=50
IVL=100
CONCENTRACIÓN SSLM ( mg/l)
5000
MÁXIMO SUGERIDO
IVL=150
4000
IVL=200
3000
RANGO COMÚN DE OPERACIÓN
2000
IVL=400
1000
0
0
1
2
3
RECIRCULACIÓN
Figura 6.7 Rangos de operación del IVL, relación de recirculación y SSLM
Cargas: orgánica y de sólidos suspendidos
El operador debe conocer cuánta materia orgánica degradan los microorganismos.
Para controlar de manera efectiva el proceso de su planta de tratamiento, el operador
necesita conocer las cargas de contaminantes. Los dos parámetros de mayor importancia
que se deben cuantificar para aguas residuales municipales son la DBO5 y los SS; para el
tratamiento de aguas residuales de otro tipo, tal vez se requiera otro parámetro.
La carga de DBO5 (So) es particularmente importante, pues con este parámetro se calcula
la cantidad de alimento que entra al sistema y que será asimilado por los microorganismos
en el tanque de aeración.
Ecuación:
Carga = gasto x concentración
Carga orgánica = QxSo
Relación alimento/microorganismos (A/M)
Para formar un buen lodo en el tanque de aeración y que éste sedimente bien en el
clarificador, además de lograr una buena eficiencia de remoción de DBO5, se debe
mantener un balance adecuado de la cantidad de DBO5 (alimento) que entra al tanque y la
cantidad de microorganismos (SSLVM) presentes en el licor mezclado del mismo. Este
balance
se
controla
con
el
parámetro
denominado
relación
A/M
(alimento/microorganismos). La relación varía de acuerdo con el proceso de tratamiento o
modificación al mismo.
La relación A/M se calcula de la siguiente manera:
168
A/M =
Alimento que entra al sistema por día
Masa de microorganismos en el tanque de aeración
A/M =
Kg de DBO5 influentes al tanque de aeración por día
Kg de SSVLM (en el tanque de aeración)
Cuando se usan la relación A/M como parámetro del control en una planta de tratamiento,
se tiene el inconveniente de que la A (alimento), no se puede controlar, sobre todo en
aguas residuales municipales; en algunas industrias se puede tener cierto grado de control
con un tanque de homogenización, o controlando alguna descarga del proceso productivo
de la industria.
El parámetro M (microorganismos) es la parte controlable de la relación A/M; éste
representa sólidos suspendidos volátiles en el tanque de aeración que se controla
mediante la recirculación y purga de lodos activados.
Cuando el parámetro es utilizado como control de la planta, es responsabilidad del
operador controlar la concentración de SSVLM; en otras palabras, el operador debe
controlar la cantidad de microorganismos de acuerdo con el alimento disponible.
Si la relación A/M es demasiado alta, hay necesidad de disminuir la purga de lodos (y
aumentar la recirculación para que entren más microorganismos al sistema.
Si la relación A/M es muy baja, entonces se requiere aumentar la purga de lodos (para que
disminuya la recirculación) y entren menos microorganismos al sistema, algunos valores
típicos de A/M de acuerdo con el tipo de proceso se puede observar en la tabla 6.5. En ella
se incluyen otros parámetros para lodos activados. Las figuras 6.8 y 6.9 muestran las
relaciones con otros parámetros de control.
Los parámetros para el cálculo deben obtenerse de la planta, la DBO5 del influente al
tanque de aeración y los SSVLM del tanque de aeración para tener un valor más preciso y
real de A/M.
Tabla 6.5 Parámetros en plantas de lodos activados
MODIFICACIÓN AL
PROCESO
Convencional
Aeración reducida
Aeración escalonada
Estabilización-contacto
Aeración extendida
Oxígeno puro
TIEMPO MEDIO
DE RETENCIÓN
CELULAR
5 - 15
5 - 15
5 - 15
5 - 15
20 - 30
8 - 20
A/M
SSLM mg/L
0.2 - 0.4
1500 - 3000
0.2 - 0.4
1500 - 3000
0.2 - 0.4
2000 - 3500
0.2 - 0.6 4000 - 10 000
0.05 - 0.15 3000 - 6000
0.25 - 1.0
3000 - 8000
TIEMPO DE
RETENCIÓN RECIRCULACIÓN
HIDRÁULICA,
%
EN HORAS
4-8
25 - 50
4-8
25 - 50
3-5
25 - 75
3-6
25 - 100
18 - 36
75 - 150
1-3
25 - 50
169
MICROORGANISMOS (M)
CONCENTRACIÓN
SUSTRATO (F)
TIEMPO
ALTA F/M
BAJA F/M
Figura 6.8 Relación A/M, crecimiento biológico y remoción de sustrato
CONCENTRACIÓN DE SSLM EN g/l
5
1.0
0.8
4
0.6
0.4
3
0.2
2
0.1
1
0
0
5
10
15
20
EDAD DE LODOS EN DÍAS
Figura 6.9 Relación A/M, edad de lodos y SSLM
Con objeto de conseguir correlaciones de las características de sedimentación de un lodo,
se trabaja con una serie de reactores en continuo a escala semipiloto teniendo en cada
uno de ellos una relación diferente de A/M. El lodo obtenido en cada reactor se somete a
prueba de decantación (VSZ e IVL). Estos parámetros son una medida de la capacidad del
lodo para sedimentar, se representan en función de las relaciones A/M correspondientes,
se obtienen curvas similares a las de la figura 6.10.
170
Flóculo disperso
Lodo floculante
Decantación
pobre
Intervalo óptimo
de decantación
Lodo Inflado
Decantación
pobre
IVL
VSZ
0.2
0.4
0.6
A/M
0.8
1.0
Figura 6.10 Correlación típica entre IVL, VSZ y A/M
Ya que para que un lodo tenga unas condiciones de sedimentación óptimas debe
presentar una VSZ elevada, un IVL bajo y la mejor relación A/M, tal como se indica en la
figura 6.9, corresponde al máximo de la curva VSZ y al mínimo de la curva IVL. En la
mayoría de las aguas residuales este valor óptimo de la relación A/M se encuentra
comprendido dentro de los siguientes límites.
0.6 > A / M > 0.2
A continuación se desarrolla una explicación de la correlación A/M y las características de
sedimentación del lodo.
1. Para relaciones A/N bajas (<0.2 /d), la cantidad de alimento presente en el sistema es
insuficiente para mantener el crecimiento de microorganismos, por lo que se ven
obligados a vivir bajo el sistema de resoiración endógena. Una célula de bacteria típica
contiene un material citoplasmático rico en proteínas y ácido ribonucleico y es la
principal porción de la célula que se mataboliza durante el proceso de respiración
endógena. El residuo que queda del metabolismo endógeno está constituido
principalmente por cápsulas celulares muy ligeras que resisten la sedimentación. Esta
es la razón por la cual a relaciones bajas de A/M el lodo tiene unas características muy
pobres para su decantación.
2. A relaciones de A/M elevadas (<0.6 /d) hay un predominio de un tipo de
microorganismos de naturaleza filamentosa (Sphaerotilus). Este tipo de colonias no
decanta bien permaneciendo en suspensión casi continuamente. El lodo inflado bajo
estas condiciones es el que se denomina “bulking”.
171
3. A valores de la relación A/M comprendidos entre estos dos extremos, el lodo tiene
buenas características de sedimentación. El lodo bajo estas condiciones se denomina
floculante.
Edad de lodos (tiempo medio de retención celular)
Otro parámetro de control es el tiempo medio de retención celular (TMCR) o edad del lodo
activado. Es un parámetro que se debe mantener en ciertos límites para que la operación
de la planta sea eficiente. Los libros de texto definen de diferentes formas este concepto:
en este curso se puede definir como:
TMRC =
Kg de SSVLM en el tanque de aeración
∆SSV (producción neta de biomasa Kg SSV por día)
La edad de los lodos es una medida del tiempo que los microorganismos son retenidos en
el aerador. Este es un parámetro importante, ya que es el tiempo que los microorganismos
disponen para degradar la materia orgánica y tiene un efecto significativo en la calidad del
efluente.
Hay que dar el tiempo necesario para que los microorganismos estén en contacto con los
desechos para que se realice el tratamiento, si se da poco tiempo, el sistema biológico no
podrá digerir toda la materia orgánica, resultando una baja eficiencia de remoción. Si se
da demasiado tiempo, los microorganismos terminarán con todo el alimento disponible y
empezarán a morir, originando una fracción alta de material biológico no activo, con lo que
se perderán sólidos finos en el efluente.
La edad de lodos (TMRC) afecta directamente a la sedimentación; un lodo joven puede
generar un crecimiento biológico disperso caracterizado por sedimentación deficiente; un
lodo viejo se caracteriza por baja actividad y densos flóculos que sedimentan rápidamente
con poca acción de arrastre, resultando un efluente turbio.
La edad de lodos se controla con la purga y recirculación de los lodos activados.
La edad se mantiene controlando la purga del sistema. Como guía de operación, la edad
de lodos disminuye cuando la purga aumenta y por el contrario aumenta cuando se
disminuye la purga.
La mejor edad de lodo para una planta en particular, debe seleccionarse de acuerdo con la
experiencia en la operación y observación del proceso. La tabla 6.5 da edades de lodos
típicos para varias modificaciones del proceso de lodos activados.
Un factor necesario de considerar al seleccionar la edad de lodos, es que cuando se tiene
una edad de lodos grande (mayor cantidad de SSVLM en el tanque de aeración), la planta
soporta mayores schoks de cargas, pues habrá mayor número de microorganismos en el
aerador. Las figuras 6.11 y 6.12 muestran el comportamiento de la edad con otros
parámetros.
172
Una vez que se han seleccionado los valores correctos de A/M y TMRC, se procede a
programar la purga de lodos y mantener todos estos parámetros de control en los rangos
deseables, sobre todo al arranque de la planta.
1000
900
VOLUMEN DE LODOS SEDIMENTADOS ml/l
800
700
600
DEMASIADO JOVEN
(AUMENTAR LA RECIRCULACIÓN)
500
400
300
EDAD ADECUADA
200
100
0
DEMASIADO VIEJO
(DISMINUIR LA RECIRCULACIÓN)
0
10
20
30
40
TIEMPO (MINUTOS)
50
60
Figura 6.11 Edad de los lodos en la curva de sedimentación
173
CONCENTRACIÓN
DBO CARBONACEA+NITROGENADA (Kg/d)
DBO CARBONACEA (Kg/d)
MASA DE LODOS (mg/l)
EXCESO DE LODOS (Kg/d)
DBO SOLUBLE EFLUENTE (mg/l)
0
ALTA
TASA
15
20 EDAD DE LODOS (DÍAS)
AERACIÓN EXTENDIDA
5
10
CONVENCIONAL
Figura 6.12 Edad de lodos, procesos de lodos activados y otros parámetros
Control del gasto de recirculación
Para mantener la profundidad requerida del manto de lodos en el sedimentador y el
adecuado balance de sólidos, el gasto de recirculación, del sedimentador al tanque de
aeración, debe ser medido y controlado, una recirculación óptima depende de diversos
factores, tales como: DBO5 influente, velocidad de reproducción celular, temperatura,
SSLM y SS en la recirculación. Sin embargo, el operador tiene poco o ningún control sobre
alguno de estos factores. Las figuras 6.13 y 6.14 muestran la relación de recirculación en
combinación con otros factores.
A pesar de depender de estos factores, el gasto de recirculación óptima puede calcularse
basándose en requisitos de operación, variando de acuerdo a las estaciones del año. A
continuación se presenta la expresión para el cálculo de un balance de sólidos del sistema:
Determinación del gasto de recirculación:
Qr =
174
Qi × SSVLM
SSVr − SSVLM
VOLUMEN DEL REACTOR M3 x 103
8
4
BUENA SEDIMENTACIÓN
6
3
2
4
SEDIMENTACIÓN DEFICIENTE
2
1
CONCENTRACIÓN DE SSVLM (mg/l x 103)
10
5
0
0
0
0.5
1.0
1.5
2.0
RELACIÓN DE RECIRCULACIÓN
VOLUMEN DEL REACTOR
BIOMASA DEL REACTOR
Figura 6.13 Recirculación y comportamiento del reactor y sedimentador
RECIRCULACIÓN EN %
100
80
60
40
20
0
0
100
200
300
400
500
VOLUMEN DE LODOS SEDIMENTADOS EN ml/l
Figura 6.14 Recirculación y volumen de lodos sedimentares
Control de la purga
El control de la purga es la primera herramienta de operación de una planta de lodos
activados.
La determinación de la purga de lodos se basa en la producción neta de biomasa por día y
se calcula con la expresión:
Q purga =
∆SSV − (Qf × SSVf )
SSVr − SSVf
175
6.3 Taller de cálculos
A continuación se presentan una serie de cálculos para el control del reactor biológico,
estos se dividen en sistema convención y aeración extendida, y estos a su vez están
calculados con referencia de R.S. Ramalho y de Metclaf & Eddy. Los reactores se
consideran con mezcla completa. En la figura 6.15 se muestran las principales corrientes y
los datos iniciales son los siguientes:
Parámetro
Siglas
Valor
Valor
50 L/s
280 mg/L
20 mg/L
12000 mg/L
10 mg/L
30 mg/L
2 mg/L
4 mg/L
1 mg/L
4320 m3/d
0.28 Kg/m3
0.02 Kg/m3
12 Kg/m3
0.01 Kg/m3
0.03 Kg/m3
0.002 Kg/m3
0.004 Kg/m3
0.001 Kg/m3
DATOS GENERALES
Gasto
Qi
Demanda bioquímica de oxígeno 5 de entrada
DBO5 E
Demanda bioquímica de oxígeno 5 de salida
DBO5 S
Sólidos suspendidos volátiles en la recirculación
SSVr
Sólidos suspendidos volátiles a la salida
SSVe
Nitrógeno amoniacal a la entrada
SiNH
Nitrógeno amoniacal a la salida
SeNH
Fósforo total a la entrada
SiPT
Fósforo total a la salida
SePT
Metabolismo celular 0.5 a 0.6 Kg de SSVLM producidos/ Kg de
Y
sustrato consumido
-1
Coeficiente de descomposición microbiana = 0.01 a 0.06 d
Kd
SISTEMA CONVENCIONAL
Volumen de tanque o reactor biológico
V
Sólidos suspendidos volátiles en el licor mezclado
SSVLM
Tiempo medio de retención celular (Metclaf & Eddy)
TMRC
SISTEMA DE AERACIÓN EXTENDIDA
Volumen de tanque o reactor biológico
V
Sólidos suspendidos volátiles en el licor mezclado
SSVLM
Tiempo medio de retención celular (Metclaf & Eddy)
TMRC
Qi
DBO5 E
SSVi
Qo
DBO5 o
SSVo
Tanque de
aeración
0.6
0.03
3050 mg/L
3.78 d
750 m3
3.05 Kg/m3
3 a 15 d
4000 mg/L
38.23 d
3000 m3
4 Kg/m3
20 a 40 d
Qe
DBO5S
SSVLM
Qf
DBO5S
SSVf
Sedimentador
SSVLM
Qr
DBO5S
SSVr
Ql
DBO5S
SSVl
Qp
DBO5S
SSVp
Figura 6.15 Esquema e identificación de corrientes
176
6.3.1 Cálculos con referencia de S.R. Ramalho
6.3.1.1 Sistema convencional
a) Cálculo de la producción neta de biomasa (∆SSV)
∆SSV = Y*Qi*(DBO5E – DBO5S) – Kd*SSVLM*V
∆SSV = 0.6 * 4320* (0.28 –0.0 20) – 0.03 * 3.05 * 750
∆SSV = 673.92 – 68.63 = 605.30 Kg/d
b) Cálculo la carga orgánica (A)
Carga orgánica = Qi * DBO5E
Carga orgánica = 4320 * 0.28 = 1209.6 Kg/d
c) Cálculo de carga de SSVLM en el tanque (M)
Carga SSVLM = V * SSVLM
Carga SSVLM = 750 *3.05 = 2287.5 Kg
d) Relación alimento/microorganismos (A/M)
A/M = 1209.6 / 2287.5 = 0.53 d-1
e) Cálculo de la relación de recirculación (R)
R=
Qi × SSVLM − ∆SSV
Qi * ( SSVr − SSVLM )
R=
4320 * 3.05 − 605.30
4320 * (12 − 3.05)
R = 0.325
f) Cálculo de caudales
Recirculación Qr
Qr = R * Qi
Qr = 0.325 * 4320
Qr = 1404 m3/d = 16.25 L/s
177
Alimentación al tanque de aeración Qo
Qo = Qi + Qr
Qo = 4320 + 1404 = 5724 m3/d = 66.25 L/s
Purga Qp
Qp =
∆SSV − Qi * DBO5 S
SSVr − SSVe
Qp =
605.30 − 4320 * 0.02
12 − 0.01
Qp = 43.28 m 3 / d = 0.50 L / s
Salida del sedimentador Ql
Ql = Qp + Qr
Ql = 43.28 + 1404 = 1447.28 m3/d = 16.75 L/s
Salida Qf
Qf = Qi – Qp
Qf = 4320 – 43.28 = 4276.72 m3/d = 49.50 L/s
g) Producción total de lodos
SSVp = Qp * SSVr
SSVp = 43.28 * 12 = 519.36 Kg/d = 21.64 Kg/h
h) Cálculo de la DBO5 a la entrada del tanque de aeración (DBO5o)
DBO5 o =
Qi * DBO5 E + Qr * DBO5 S
Qo
DBO5 o =
4320 * 0.28 + 1404 * 0.02
5724
DBO5 o = 0.216 Kg / m 3 = 216 mg / L
178
i) Cálculo de los sólidos suspendidos volátiles a la entrada del tanque de aeración
(SSVo)
SSVo =
Qi * SSVi + Qr * SSVr
Qo
SSVo =
4320 * 0 + 1404 * 12
5724
SSVo = 2.94 Kg / m 3 = 2943 mg / L
j) Cálculo la carga orgánica a la entrada del tanque de aeración (Ao)
Carga orgánica = Qo* DBO5o
k) Relación alimento/microorganismos a la entrada del tanque de aeración (Ao/M)
Ao/M = 1236.38 / 2287.5 = 0.54
l) Tiempo medio de retención celular (edad de lodos)
TMRC =
SSVLM * V
∆SSV
TMRC =
3.05 * 750
605.30
TMRC = 3.78 d
m) Tiempo de residencia hidráulico
trh =
trh =
V
Qo
750
5724
trh = 0.13 d = 3.14 h
En la figura 6.16 se muestra un resumen de los valores antes calculados y localizados en
su respectiva corriente.
179
Qi = 50 L/s
Qo = 66.25 L/s
Qe = 66.25 L/s
Qf = 49.50 L/s
DBO5E = 280 mg/l
DBO5o = 216 mg/L
DBO5S = 20 mg/L
DBO5S = 20 mg/L
SSVi = 0 mg/L
SSVo = 2943 mg/L
SSVLM = 3050 mg/L
SSVe = 10 mg/L
A/M = 0.53 d-1
Ao/M = 0.54 d-1
SSVLM = 3050 mg/L
Sedimentador
V = 750 m3
TMRC = 3.78 d
trh = 3.14 h
IVL = 73.5 mg/L
Tanque de
aeración
Ql = 16.75 L/s
Qr = 16 L/s (32.5 %)
DBO5S = 20 mg/L
DBO5S = 20 mg/L
SSVl = 12000 mg/L
SSVr = 12000 mg/L
Qp = 0.50 L/s
DBO5S = 20 mg/L
SSVp = 21.64 Kg/h
Figura 6.16 Corrientes principales y sus parámetros. Ramalho, sistema convencional
Proceso
Tipo de flujo
TMRC
A/M
SSVLM
(d)
(mg/L)
Convencional Completamente 5 – 15 0.3-0.7 2,000-3,000
mezclado
Ejercicio
Convencional Completamente 3.78
0.53
3050
mezclado
Recir.
(%)
32.5
6.3.1.2 Sistema de aeración extendida
∆SSV = Y*Qi*(DBO5E – DBO5S) – Kd*SSVLM*V
∆SSV = 0.6 * 4320* (0.28 –0.0 20) – 0.03 * 4 * 3000
∆SSV = 673.92 – 360 = 313.92 Kg/d
180
IVL
trh
(ml/g)
(h)
150 a 35 4 – 8
73.5
3.14
Carga SSVLM = 3000 *4 = 12000 Kg
A/M = 1209.6 / 12000 = 0.10 d-1
R=
SSVLM − (0.23 * Y * ( DBO5 E − DBO5 S ))
SSVr − SSVLM
R=
4 − (0.23 * 0.60 * (0.28 − 0.02))
12 − 4
R = 0.495
Recirculación Qr
Qr = R * Qi
Qr = 0.495 * 4320
Qr = 2140.62 m3/d = 24.78 L/s
Qo = Qi + Qr
Qo = 4320 + 2140.62 = 6460.62 m3/d = 74.78 L/s
Purga Qp
Qp =
∆SSV − Qi * DBO5 S
SSVr − SSVe
Qp =
313.92 − 4320 * 0.02
12 − 0.01
Qp = 18.89 m 3 / d = 0.22 L / s
181
Ql = Qp + Qr
Ql = 18.89 + 2140.62 = 2159.51 m3/d = 24.99 L/s
Salida Qf
Qf = Qi – Qp
Qf = 4320 – 18.89 = 4301.11 m3/d = 49.78 L/s
SSVp = Qp * SSVr
SSVp = 18.89 * 12 = 226.68 Kg/d = 9.45 Kg/h
DBO5 o =
DBO5 o =
Qo
4320 * 0.28 + 2140.62 * 0.02
6460.62
DBO5 o = 0.19 Kg / m 3 = 194 mg / L
(SSVo)
SSVo =
Qo
SSVo =
4320 * 0 + 2140.62 *12
6460.62
SSVo = 3.98 Kg / m 3 = 3976 mg / L
Carga orgánica = 6460.62* 0.194 = 1253.36 Kg/d
Ao/M = 1253.36 / 12000 = 0.10 d-1
182
l) Tiempo medio de retención celular (edad de lodos)
TMRC =
SSVLM * V
∆SSV
TMRC =
4 * 3000
313.92
TMRC = 38.23 d
m) Tiempo de residencia hidráulico
trh =
trh =
V
Qo
3000
6460.62
trh = 0.46 d = 11 h
Qi = 50 L/s
Qo = 74.78 L/s
Qe = 74.78 L/s
Qf = 49.78 L/s
DBO5E = 280 mg/l
DBO5o = 194 mg/L
DBO5S = 20 mg/L
DBO5S = 20 mg/L
SSVi = 0 mg/L
SSVo = 3976 mg/L
SSVLM = 4000 mg/L
SSVe = 10 mg/L
A/M = 0.10 d-1
Ao/M = 0.1 d-1
SSVLM = 4000 mg/L
Sedimentador
V = 3000 m3
TMRC = 38.23 d
trh = 11 h
IVL = 73.5 mg/L
Tanque de
aeración
Qr = 24.78 L/s (49.5 %)
DBO5S = 20 mg/L
SSVr = 12000 mg/L
Ql = 24.99 L/s
DBO5S = 20 mg/L
SSVl = 12000 mg/L
Qp = 0.22 L/s
DBO5S = 20 mg/L
SSVp = 9.45 Kg/h
Figura 6.17 Corrientes principales y sus parámetros. Ramalho, aeración extendida
183
Proceso
Aeración
extendida
Aeración
extendida
Tipo de flujo
TMRC
A/M
SSVLM
(d)
(mg/L)
Completamente 20-60 0.1-0.25 3,500-5,000
mezclado
Ejercicio
Completamente 38.23
0.10
4000
mezclado
Recir.
(%)
49.5
6.3.2 Cálculos con referencia de Metclaf & Eddy
∆SSV = (SSVLM*V) / TMRC
∆SSV = (3.05 * 750) / 3.78
∆SSV = 605.16 Kg/d
Carga SSVLM = 750 *3.05 = 2287.5 Kg
A/M = 1209.6 / 2287.5 = 0.53 d-1
e) Cálculo de la relación de recirculación ( R )
R=
R=
1 − (V / (Qi * TMRC ))
( SSVr / SSVLM ) − 1
1 − (750 / (4320 * 3.78))
(12 / 3.05) − 1
R = 0.954 / 2.934 = 0.325
184
IVL
trh
(ml/g)
(h)
150 a 35 15-36
73.5
11
Recirculación Qr
Qr = R * Qi
Qr = 0.325 * 4320
Qr = 1404 m3/d = 16.25 L/s
Qo = Qi + Qr
Qo = 4320 + 1404 = 5724 m3/d = 66.25 L/s
Purga Qp
Qp =
((V * SSVLM ) / TMRC ) − (Qi * SSVe)
SSVr − SSVe
Qp =
((750 * 3.05 / 3.78) − (4320 * 0.01)
12 − 0.01
Qp =
561.96
11.99
Qp = 46.87 m 3 / d = 0.54 L / s
Ql = Qp + Qr
Ql = 46.87 + 1404 = 1450.87 m3/d = 16.79 L/s
Salida Qf
Qf = Qi – Qp
Qf = 4320 – 46.87 = 4273.13 m3/d = 49.46 L/s
SSVp = Qp * SSVr
SSVp = 46.87 * 12 = 562.44 Kg/d = 23.44 Kg/h
185
DBO5 o =
Qo
DBO5 o =
4320 * 0.28 + 1404 * 0.02
5724
DBO5 o = 0.216 Kg / m 3 = 216 mg / L
(SSVo)
SSVo =
Qo
SSVo =
4320 * 0 + 1404 * 12
5724
SSVo = 2.94 Kg / m 3 = 2943 mg / L
Ao/M = 1236.38 / 2287.5 = 0.54
l) Tiempo de residencia hidráulico
trh =
trh =
V
Qo
750
5724
trh = 0.13 d = 3.14 h
186
Qi = 50 L/s
Qo = 66.25 L/s
Qe = 66.25 L/s
Qf = 49.46 L/s
DBO5E = 280 mg/l
DBO5o = 216 mg/L
DBO5S = 20 mg/L
DBO5S = 20 mg/L
SSVi = 0 mg/L
SSVo = 2943 mg/L
SSVLM = 3050 mg/L
SSVe = 10 mg/L
A/M = 0.53 d-1
Ao/M = 0.54 d-1
SSVLM = 3050 mg/L
Sedimentador
V = 750 m3
TMRC = 3.78 d
trh = 3.14 h
IVL = 73.5 mg/L
Tanque de
aeración
Qr = 16.25 L/s (32.5 %)
DBO5S = 20 mg/L
Ql = 16.79 L/s
DBO5S = 20 mg/L
SSVl = 12000 mg/L
SSVr = 12000 mg/L
Qp = 0.54 L/s
DBO5S = 20 mg/L
SSVp = 23.14 Kg/h
Figura 6.18 Corrientes principales y sus parámetros. Matcalf&Eddy, sistema convencional
Proceso
Tipo de flujo
TMRC
A/M
SSVLM
Recir.
IVL
trh
(d)
(mg/L)
(%)
(ml/g)
(h)
Convencional Completamente 3-15 0.2-0.4 1,000-3,000 25 a 75 150 a 35 4-8
mezclado
Ejercicio
Convencional Completamente 3.78
0.53
3050
32.5
73.5
3.14
mezclado
∆SSV = (SSVLM*V) / TMRC
∆SSV = (4 * 3000) / 38.23
∆SSV = 313.89 Kg/d
187
Carga SSVLM = 3000 * 4 = 12000 Kg
A/M = 1209.6 / 12000 = 0.10 d-1
R=
R=
1 − (V / (Qi * TMRC ))
( SSVr / SSVLM ) − 1
1 − (3000 / (4320 * 38.23))
(12 / 4) − 1
R = 0.982 / 2 = 0.491
Recirculación Qr
Qr = R * Qi
Qr = 0.491 * 4320
Qr = 2120.76 m3/d = 24.55 L/s
Qo = Qi + Qr
Qo = 4320 + 2120.76 = 6440.76 m3/d = 74.55 L/s
Purga Qp
Qp =
((V * SSVLM ) / TMRC ) − (Qi * SSVe)
SSVr − SSVe
Qp =
((3000 * 4) / 38.23) − (4320 * 0.01)
12 − 0.01
Qp =
270.69
11.99
Qp = 22.58 m 3 / d = 0.26 L / s
188
Ql = Qp + Qr
Ql = 22.58 + 2120.76 = 2143.34 m3/d = 24.81 L/s
Salida Qf
Qf = Qi – Qp
Qf = 4320 – 22.53 = 4297.47 m3/d = 49.74 L/s
SSVp = Qp * SSVr
SSVp = 22.58 * 12 = 270.96 Kg/d = 11.29 Kg/h
DBO5 o =
DBO5 o =
Qo
4320 * 0.28 + 2120.76 * 0.02
6440.76
DBO5 o = 0.194 Kg / m 3 = 194 mg / L
(SSVo)
SSVo =
Qo
SSVo =
4320 * 0 + 2120.76 *12
6440.76
SSVo = 3.95 Kg / m 3 = 3951 mg / L
Carga orgánica = 6440.76 * 0.194 = 1249.51 Kg/d
Ao/M = 1249.51 / 12000 = 0.10 d-1
189
l) Tiempo de residencia hidráulico
trh =
trh =
V
Qo
3000
6440.76
trh = 0.466 d = 11.18 h
Qi = 50 L/s
Qo = 74.55 L/s
Qe = 74.55 L/s
Qf = 49.74 L/s
DBO5E = 280 mg/l
DBO5o = 194 mg/L
DBO5S = 20 mg/L
DBO5S = 20 mg/L
SSVi = 0 mg/L
SSVo = 3951 mg/L
SSVLM = 4000 mg/L
SSVe = 10 mg/L
A/M = 0.10 d-1
Ao/M = 0.1 d-1
SSVLM = 4000 mg/L
Sedimentador
V = 3000 m3
TMRC = 38.23 d
trh = 11.18 h
IVL = 73.5 mg/L
Tanque de
aeración
Qr = 24.55 L/s (49.1 %)
DBO5S = 20 mg/L
Ql = 24.81 L/s
DBO5S = 20 mg/L
SSVl = 12000 mg/L
SSVr = 12000 mg/L
Qp = 0.26 L/s
DBO5S = 20 mg/L
SSVp = 11.29 Kg/h
Figura 6.19 Corrientes principales y sus parámetros. Matcalf&Eddy, aeración extendida
Proceso
Aeración
extendida
Aeración
extendida
Tipo de flujo
TMRC
A/M
SSVLM
Recir.
IVL
trh
(d)
(mg/L)
(%)
(ml/g)
(h)
Completamente 20-40 0.04-0.1 2,000-5,000 50-150 150 a 35 20-30
mezclado
Ejercicio
Completamente 38.23
0.10
4000
49.1
73.5
11.18
mezclado
6.3.3 Índice volumétrico de lodos
La lectura de una prueba de sedimentabilidad de 30 min. fue de 250 ml/L y la
concentración de SSLM en el aerador fue de 3400 mg/L (3.4 g). Calcule el IVL.
190
IVL =
250
3 .4
IVL = 73.5 ml / g
6.3.4 Consumo de oxígeno
C5H7NO2 + 5O2 ⇒ 5CO2 +2H2O + NH3
(5*32) / 113 = 1.42 unidades de O2 / unidad de biomasa oxidada
a) Oxidación de materia orgánica
Kg O2/d = Qi * (1 – 1.42Y) * (DBO5E – DBO5S) + 1.42Kd * SSVLM * V
Kg O2/d = 4320 * (1 – 1.42*0.6) * (0.280 – 0.02) + 1.42 * 0.03 * 3.05 *750
Kg O2/d = 166.23 + 97.45
Kg O2/d = 263.68 = 10.99 Kg/h
b) Con nitrificación
NH+4 +O2 ⇒ NO-3 +2H+ + H2O
(2*32) / 14 = 4.57 g de O2 / g de nitrógeno oxidado
Kg O2/d = Qi * (1 – 1.42Y) * (DBO5E – DBO5S) + 1.42Kd * SSVLM * V + 4.57 * Qi * (SiNHSeNH)
Kg O2/d = 4320 * (1–1.42*0.6) * (0.280–0.02)+1.42 * 0.03 * 3.05 *750+4.57 * 4320 * (0.030.002)
Kg O2/d = 166.23 + 97.45+ 552.79
Kg O2/d = 816.47 = 34.02 Kg/h
c) Con nitrificación menos formación de células
Kg O2/d = 4320 * (1–1.42*0.6) * (0.280–0.02)+1.42 * 0.03 * 3.05 *750+4.33 * 4320 * (0.030.002)
Kg O2/d = 166.23 + 97.45+ 523.76
191
Kg O2/d = 787.44 = 30.72 Kg/h
d) Cálculo del volumen de aire (VA)
VA = Kg O2/d / ((-0.00003* At – 0.0009 * T + 0.2698) * r)
VA = Volumen de aire (m3 /d)
At = Altitud sobre el nivel del mar (m) = 1500 m
T = Temperatura ambiente (°C) = 25
r = Coeficiente de transferencia de oxígeno, 0.04 a 0.16 = 0.08
VA = 787.44 / ((-0.00003* 1500 – 0.0009 * 25 + 0.2698) * 0.08)
VA = 787.44 / 0.016184
VA = 48655.33 m3 /d = 563.14 L/s
C5H7NO2 + 5O2 ⇒ 5CO2 +2H2O + NH3
(5*32) / 113 = 1.42 unidades de O2 / unidad de biomasa oxidada
a) Oxidación de materia orgánica
Kg O2/d = Qi * (1 – 1.42Y) * (DBO5E – DBO5S) + 1.42Kd * SSVLM * V
Kg O2/d = 4320 * (1 – 1.42*0.6) * (0.280 – 0.02) + 1.42 * 0.03 * 4 *3000
Kg O2/d = 166.23 + 511.2
Kg O2/d = 677.43 = 28.23 Kg/h
b) Con nitrificación
NH+4 +O2 ⇒ NO-3 +2H+ + H2O
(2*32) / 14 = 4.57 g de O2 / g de nitrógeno oxidado
Kg O2/d = 4320 * (1–1.42*0.6) * (0.280–0.02)+1.42 * 0.03 * 4 * 3000+4.57 * 4320 * (0.030.002)
Kg O2/d = 166.23 + 511.2+ 552.79
Kg O2/d = 1230.22= 51.26 Kg/h
192
c) Con nitrificación menos formación de células
Kg O2/d = 4320 * (1–1.42*0.6) * (0.280–0.02)+1.42 * 0.03 * 3.05 *750+4.33 * 4320 * (0.030.002)
Kg O2/d = 166.23 + 511.2+ 523.76
Kg O2/d = 1201.17 = 50.05 Kg/h
d) Cálculo del volumen de aire (VA)
VA = Kg O2/d / ((-0.00003* At – 0.0009 * T + 0.2698) * r)
VA = Volumen de aire (m3 /d)
At = Altitud sobre el nivel del mar (m) = 1500 m
T = Temperatura ambiente (°C) = 25
r = Coeficiente de transferencia de oxígeno, 0.04 a 0.16 = 0.08
VA = 1201.17 / ((-0.00003* 1500 – 0.0009 * 25 + 0.2698) * 0.08)
VA = 1201.17 / 0.016184
VA = 74220.86 m3 /d = 859.04 L/s
6.3.5 Nutrientes
6.3.5.1 Convencional
Composición de un microorganismo = C60H87O23N12P = 1374
Nitrógeno 168/1374 = 0.122
Fósforo 31/1374 = 0.023
a) Nutrientes perdidos por formación de microorganismos (NM)
Nitrógeno = 0.122 ∆SSV = 0.122 * 605.30 = 73.85 Kg/d
Fósforo = 0.023 ∆SSV = 0.023 * 605.30 = 13.92 Kg/d
b) Nutrientes perdidos en el efluente (NE)
Nitrógeno = SeNH * Qf = 0.002 * 4291.49 = 8.58 Kg/d
Fósforo = SePT * Qf = 0.001 * 4291.49 = 4.29 Kg/d
193
c) Nutrientes disponibles (ND)
Nitrógeno = SiNH * Qi = 0.03 * 4320 = 129.6 Kg/d
Fósforo = SiPT * Qi = 0.004 * 4320 = 17.28 Kg/d
d) Nutrientes requeridos
Nitrógeno = ND – NM – NE = 129.60 – 73.85 – 8.58 = 47.17 Kg/d
Fósforo = ND – NM – NE = 17.28 – 13.92 – 4.29 = -0.93 Kg/d
Por lo anterior solo es necesario adicionar fósforo al sistema.
6.3.5.2 Aeración extendida
Composición de un microorganismo = C60H87O23N12P = 1374
Nitrógeno 168/1374 = 0.122
Fósforo 31/1374 = 0.023
e) Nutrientes perdidos por formación de microorganismos (NM)
Nitrógeno = 0.122 ∆SSV = 0.122 * 313.92 = 38.30 Kg/d
Fósforo = 0.023 ∆SSV = 0.023 * 313.92 = 7.22 Kg/d
f) Nutrientes perdidos en el efluente (NE)
Nitrógeno = SeNH * Qf = 0.002 * 4291.49 = 8.58 Kg/d
Fósforo = SePT * Qf = 0.001 * 4291.49 = 4.29 Kg/d
g) Nutrientes disponibles (ND)
Nitrógeno = SiNH * Qi = 0.03 * 4320 = 129.6 Kg/d
Fósforo = SiPT * Qi = 0.004 * 4320 = 17.28 Kg/d
h) Nutrientes requeridos
Nitrógeno = ND – NM – NE = 129.60 – 38.30 – 8.58 = 82.72 Kg/d
Fósforo = ND – NM – NE = 17.28 – 7.22 – 4.29 = 14.35 Kg/d
Por lo anterior no es necesario adicionar nutrientes al sistema.
194
6.3.6 Resumen de resultados
La siguiente tabla muestra un comparativo de los resultados obtenidos por los sistemas
convención y aeración extendida, y a su vez con referencia de R.S. Ramalho y de Metclaf
& Eddy.
Tabla 6.6 Resultados del control de proceso de lodos activados
Parámetro
∆SSV (kg/d)
A/M (d-1)
R
Qr (L/s)
Qo (L/s)
Qp (L/s)
Ql (L/s)
Qf (L/s)
SSVp (Kg/h)
DBO5o (mg/L)
SSVo (mg/L)
TMRC (d)
trh (h)
Kg O2/d
Vol. de aire (L/s)
S.R. Ramalho
Convencional
A. Extendida
605.30
313.92
0.53
0.10
0.325
0.495
16.25
24.78
66.25
74.78
0.50
0.22
16.75
24.99
49.50
49.78
21.64
9.45
216.00
194.00
2943.00
3976.00
3.78
38.23
3.14
11.00
787.44
563.14
Metclaf&Eddy
Convencional
A. Extendida
605.16
313.89
0.53
0.10
0.325
0.491
16.25
24.55
66.25
74.55
0.54
0.26
16.79
24.81
49.46
49.74
23.44
11.29
216.00
194.00
2943.00
3951.00
3.14
11.18
1201.19
859.04
6.4 Problemas comunes y acciones correctivas
Introducción
Todas las plantas de tratamiento presentan problemas ocasional o continuamente; algunas
veces no afectan sustancialmente al proceso, otras veces el funcionamiento de la planta es
afectado en gran medida por causas puntuales o continuas.
El principal objetivo de cualquier intento de resolver problemas del funcionamiento del
proceso es IDENTIFICAR LA CAUSA DEL PROBLEMA. Solamente después de identificar
la verdadera causa del problema se puede dar la solución óptima.
Esto parece obvio, pero es común que en las plantas de tratamiento se aplique un remedio
tras otro, siendo esto llamado prueba y error, sin identificar la causa del problema. En otras
palabras, casi siempre lo que se trata de resolver es el síntoma del problema y pocas
veces se tiene éxito, mientras que la causa y verdadera solución permanece sin identificar.
Los síntomas pueden ser usados como pistas que nos lleven a la determinación de la
causa del problema.
195
En esta sección del curso se verán los problemas típicos que se pueden presentar,
métodos para identificar las causas potenciales y acciones correctivas que se pueden
aplicar.
Técnicas generales
Existen muy pocas reglas que pueden utilizarse para intentar diagnosticar problemas del
proceso de lodos activados. Sin embargo, los problemas que se presentan súbitamente, en
general son fáciles de identificar, mientras que los que se presentan en un tiempo largo, o
que se desarrollan lentamente son difíciles de determinar.
Si se presenta algún problema en la planta, debe ser caracterizado, recopilando la mayor
cantidad de información relativa a como se presentó. Una vez caracterizado, se intentará
identificar el problema basándose en literatura consultada, interpretación de datos
obtenidos, experiencias en la planta, y listado de múltiples causas posibles para ir
eliminándolas de acuerdo con toda la información. Una vez definida la causa o las
principales causas, se implantarán las acciones correctivas que resuelvan el problema.
Se resumen los pasos en la solución de problemas del funcionamiento del proceso.
1.
2.
3.
4.
Anote y describa el problema.
Caracterice los síntomas del problema y su periodicidad.
Compare las características del problema con posibles causas asociadas.
Si existen múltiples causas posibles asociadas al problema, realice un listado y elimine
las que no apliquen.
5. Una vez definida la causa o causas, lleve a cabo el programa de acciones para
remediar el problema, eliminando las causas.
La tabla 6.7 contiene problemas típicos en el sedimentador secundario.
Tabla 6.7 Problemas típicos en el sedimentador (RESUMEN)
TIPO DE PROBLEMA
ABULTAMIENTO DE
LODOS
FLOTACIÓN DE
LODOS
DEFLÓCULOULACIÓN
SÍNTOMAS
Flóculo grande distribuido en todo el
sedimentador, pobre compactación del
manto de lodos, predominancia de
organismos filamentosos.
Sólidos biológicos flotan en la superficie
del sedimentador.
Pequeño flóculo flotante, sobrenadante
turbio.
Flóculo pequeño y ligero, sobrenadante
claro.
FLÓCULO CABEZA DE Flóculo pequeño y pesado, efluente
ALFILER
turbio, flóculo de rápida sedimentación.
FLÓCULO DISPERSO
ARRASTRE DE
SÓLIDOS
196
CAUSA
Sobrecarga orgánica, relación A/M
incorrecta, deficiencia de nutrientes.
Demasiado tiempo de retención en el
sedimentador.
Toxicidad, deficiencia de nutrientes,
exceso de carga orgánica, condiciones
anaerobias.
Edad de lodos baja
Edad de lodos alta
Vertedores desnivelados, sobrecarga
Flóculo saludable que es empujado sobre
desnivelada, sobrecarga hidráulica,
el vertedor.
flujo desigual en múltiples.
6.5 Arranque de una planta de tratamiento de aguas residuales en su modalidad de
lodos activados
El arranque de cualquier proceso biológico, entre ellos el de lodos activados, se lleva
tiempo y deben tenerse ciertos cuidados para lograr su estabilización, así un buen
funcionamiento del proceso.
Un arranque típico se compone de dos fases: arranque mecánico y arranque del proceso.
El proceso de lodos activados consiste en un tanque de aeración y un clarificador. Sus
principales funciones son:
a) Remoción de materia orgánica disuelta de aguas residuales, convirtiendo esta
materia en forma insoluble (material celular).
b) Separación de la materia insoluble del licor mezclado, para obtener un efluente
claro.
c) Recirculación inmediata del material celular sedimentado al tanque de aeración.
Se puede decir técnicamente que el proceso de tratamiento por lodos activados se ha
estabilizado cuando se normalizan estas operaciones.
Preparación previa al arranque
Para tener éxito en el arranque de la planta, se requiere una planeación cuidadosa. El
proceso de lodos activados es demasiado complicado para que se realice por una sola
persona: Además, los factores ambientales que afectan al proceso son muchos como para
iniciar el arranque sin preparación previa.
Las actividades requeridas antes de arrancar son: análisis del agua residual, revisión del
equipo electromecánico y revisión hidráulica de los tanques.
Análisis del agua residual
Esta actividad es realmente importante, debido a que la PTAR de lodos activados ha sido
diseñada bajo ciertos criterios o parámetros de calidad de agua residual, por lo que si el
agua que se va a tratar esta muy por arriba o por debajo de los concentraciones
propuestas se tendrá dificultad en el arranque y por tanto en la estabilización del proceso, y
por tanto no se alcanzara la calidad de agua residual tratada estipulada en el proyecto.
A continuación se proporciona un formato con los parámetros principales a tomar en
consideración.
197
Tabla 6.8 Formato de calidad del agua residual y tratada
Parámetro
Q = Gasto (L/s)
DBO5 = Demanda bioquímica de oxígeno (mg/L)
DQO = Demanda química de oxígeno (mg/L)
SST = Sólidos suspendidos totales (mg/L)
SSV = Sólidos suspendidos volátiles (mg/L)
SSVLM = SSV en el licor mezclado (mg/L)
SSVr = SSV en la recirculación (mg/L)
NH3 = Nitrógeno amoniacal (mg/L)
NO3- = Nitrógeno de nitratos (mg/L)
NT = Nitrógeno Total (mg/L)
PT = Fósforo total (mg/L)
T = Temperatura (°C)
pH = Potencial Hidrógeno
A/M = Relación alimento microorganismos
Grasas y aceites (mg/L)
Diseño
Entrada Salida
260
116
10
80
20
26.5
5
Real
Entrada Salida
0.171
9.2
Revisión del equipo electromecánico
Como primera etapa de esta actividad se realiza un listado de todos los equipos
electromecánicos por unidad de proceso y posteriormente se hará una prueba de arranque
y paro, en la cual también se verificará el giro de motores y si es posible amperaje, esto
con la finalidad de que no este obstruido o pegado el motor. Para tal efecto se empleará el
formato de la tabla 6.9.
Tabla 6.9 Formato de lista y verificación de equipos por unidad de proceso
Equipo
Equipo
Equipo
198
Clave
Clave
Clave
Amper
Pretratamiento
Arranca
Sí
No
Sedimentación Primaria
Arranca
Amper
Sí
No
Si es “No” identificar posible
causa
causa
Tanque de regulación u homogenización
Arranca
Amper
causa
Sí
No
Equipo
Equipo
Equipo
Equipo
Equipo
Equipo
Equipo
Clave
Clave
Clave
Clave
Clave
Clave
Clave
Amper
Reactor biológico
Arranca
Sí
No
Arranca
Amper
Sí
No
Amper
Desinfección
Arranca
Sí
No
causa
causa
causa
Caja o tanque de lodos
Arranca
Amper
Sí
No
causa
Espesador de lodos
Arranca
Amper
Sí
No
cusa
Amper
Digestor de lodos
Arranca
Sí
No
Deshidratación de lodos
Arranca
Amper
Sí
No
causa
causa
199
Revisión hidráulica de los tanques
Una vez concluida la revisión de equipos y de fallas que se hayan presentado se procederá
a realizar el llenado de las unidades para verificar que no existan fugas o grietas en las
paredes. De ser posible y si las unidades son pequeñas emplear agua potable o residual
tratada. Esta será transferida de tanque en tanque. Tomar en cuenta que se requerirá de
una o varias bombas sumergibles para agilizar la actividad.
Si se emplea agua residual cruda tomar en cuenta que si algún tanque presenta fugas,
será necesario el empleo de una o varias bombas para desalojar toda el agua del tanque
para su reparación y de las unidades que se han llenado previamente para evitar
condiciones sépticas y que se generen malos olores.
Es conveniente antes de realizar esta actividad contar con diagramas esquemáticos de
cada una de las unidades de proceso, para señalar o marcar y describir en éstos las fallas
que se consideren pertinentes.
Arranque
Es muy importante tomar en consideración lo siguiente:
NO ARRANCAR SI FALTAN EQUIPOS Y DETALLES DE CONSTRUCCIÓN
El arranque de una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) de lodos activado se
puede realizar bajo dos escenarios, con y sin inóculo, siendo considerado éste último como
una situación difícil.
Por lo anterior, se realiza a continuación una descripción detallada de cada uno de los
arranques de PTAR, considerando posibles contingencias, programa y/o calendario de
actividades, materiales y equipos necesarios.
ES IMPORTANTE ACLARAR QUE ESTA METODOLOGÍA ES PARA SISTEMAS DE
AERACIÓN POR DIFUSORES DE BURBUJA
Arranque de una PTAR de Lodos Activados sin inóculo.
Una vez que se han cubierto las actividades previas al arranque, y suponiendo que todos
los equipos mecánicos han sido probados y ajustados y que todos los tanques,
sedimentador secundario y tuberías estén limpios, y que están parcialmente llenos con el
agua de las pruebas, los pasos a seguir son:
a) Primer día.
• Introducir agua residual al tanque de aeración hasta la mitad de su capacidad y
arrancar la unidad de aeración. Al no existir microorganismos en el sistema, éstos
comenzarán a formarse por lo que se generará una gran cantidad de espuma, es
por esto que se recomienda llenar solo la mitad.
• Iniciar con alimentación de metanol (10 mg/L).
200
•
•
•
Si se considera que la espuma pude salir del tanque, ésta deberá ser contenida
mediante una cortina de agua.
Mantener aerando por lo menos 24 horas.
Mantener una concentración de oxigeno disuelto de 2 ± 0.5 mg/L, monitorear de ser
posible cada hora.
b) Segundo día.
• Introducir agua hasta una tercera parte del volumen del tanque y mantener aerando
por lo menos otras 24 horas.
• Continuar con alimentación de metanol (10 mg/L).
• Monitorear la formación de la espuma y contener su desarrollo.
• Mantener una concentración de oxigeno disuelto de 2 ± 0.5 mg/L, monitorear de ser
posible cada hora.
c) Tercer día.
• Llenar totalmente con agua residual el tanque y mantener aerando por lo menos
otras 24 horas.
posible cada hora.
d) Cuarto día.
• Iniciar con un flujo continuo de agua residual, tomando en consideración un gasto de
130 L/s (468 m3/h) (65 L/s o 234 m3/h por módulo).
posible cada hora.
• Iniciar operación en el sedimentador con recirculación del 100%.
• Al cumplirse 24 horas de operación, analizar sólidos suspendidos totales y volátiles
en el licor mezclado (SSTLM y SSVLM) para poder estimar el desarrollo de la
biomasa en el reactor biológico. Además, se tomaran muestras del agua residual
cruda y tratada para determinar la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) o en su
defecto demanda química de oxígeno (DQO) y sólidos suspendidos totales (SST) o
en su defecto turbiedad, con la finalidad de poder establecer la eficiencia del
proceso alcanzada hasta el momento. Iniciar el registro de la información en el
Tabla 6.10 Formato de registro de parámetros de control de arranque
Parámetro
Día
SSTLM SSVLM
ENTRADA
SALIDA
DBO DQO SST TURB. DBO DQO SST TURB.
1
2
3
201
e)
•
•
•
•
•
•
•
f)
•
•
•
•
•
•
•
g)
•
•
•
•
•
•
•
Quinto día.
Continuar con un flujo continuo de agua residual y manteniendo el mismo gasto.
Continuar con alimentación de metanol (10 mg/L).
Monitorear la formación de la espuma y contener su desarrollo.
posible cada hora.
Continuar con recirculación del 100%.
Analizar SSTLM y SSVLM para poder estimar el desarrollo de la biomasa en el
reactor biológico. Además, se tomaran muestras del agua residual cruda y tratada
para determinar la DBO5 o en su defecto la DQO y SST o en su defecto turbiedad,
con la finalidad de poder establecer la eficiencia del proceso alcanzada hasta el
momento.
Continuar con registro de la información en el formato de la tabla 6.10.
Sexto día.
posible cada hora.
momento.
Séptimo día.
posible cada hora.
momento.
h) Octavo día.
• Continuar con un flujo continuo de agua residual y manteniendo el mismo gasto.
• Graficar los datos obtenidos hasta el momento y analizar la información con la
finalidad de poder establecer la eficiencia del proceso alcanzada hasta el momento.
• Calcular recirculación y purga de lodos (Ver “Anexo C”) con la información anterior
y realizar los ajustes necesarios.
202
•
•
•
•
•
•
posible cada hora.
momento.
Continuar con el registro de la información en el formato de la tabla 6.10.
Iniciar con pruebas de sedimentabilidad y tomar registros cada 5 min por espacio de
30 min. y graficar (volumen de lodo vs. tiempo). Establecer un horario fijo, uno por la
mañana y otro por la tarde.
IVL = (ml de lodo / Litro) / (g de SST / Litro) = ml de lodo / g de SST
•
Utilizar el formato de la tabla 6.11 y determinar el índice volumétrico de lodos (IVL).
Tabla 6.11 Formato de registro de prueba de sedimentabilidad e IVL
Día
Hora
SST
mg/L
5 min
10 min 15 min 20 min 25 min 30 min
Volumen de lodo (ml/L)
IVL
ml/g
i) Día 9 a día 13.
• Continuar graficando los datos obtenidos hasta el momento y analizar la información
momento.
• Calcular recirculación y purga de lodos, con la información anterior y realizar los
ajustes necesarios.
• Continuar con un flujo continuo de agua residual y aumentar a 195 L/s o 702 m3/h
(97.5 L/s o 351 m3/h por módulo).
posible cada hora.
• Analizar SSTLM y SSVLM para poder estimar el desarrollo de la biomasa en el
momento.
• Continuar con registro de la información en el formato 2.1.
• Continuar con pruebas de sedimentabilidad y registros en formato de la tabla 6.11.
203
j) Día 14 a día 19.
• Continuar graficando los datos obtenidos hasta el momento y analizar la información
momento.
• Calcular recirculación y purga de lodos, con la información anterior y realizar los
ajustes necesarios.
• Continuar con un flujo continuo de agua residual y aumentar a 260 L/s o 936 m3/h
(130 L/s o 468 m3/h por módulo).
posible cada hora.
• Analizar SSTLM y SSVLM para poder estimar el desarrollo de la biomasa en el
momento.
• Continuar con registro de la información en el formato da la tabla 6.10.
• Continuar con pruebas de sedimentabilidad y registros en formato de la tabla 6.11.
En el “Anexo D” se encuentra el calendario de actividades a desarrollar.
En el “Anexo E” se encuentran los formatos vacíos. Estos podrán ser tomados como
referencia y pueden ser modificados de acuerdo a las necesidades de la planta.
Arranque de una PTAR de Lodos Activados con inóculo
a) Cálculo de requerimiento de inóculo.
• Si el inóculo proviene de recirculación. Se toma como base la cantidad de sólidos
suspendidos totales en el licor mezclado que tendrá el reactor biológico y el volumen
del mismo. En este caso son 3500 mg/L (3.5 kg/m3) y 4,354 m3. Además, se
requiere que el inóculo provenga de la recirculación, ya que este esta mas
concentrado. El inóculo proviene de la planta de tratamiento la Rosita, la cual en
promedio de 2 días y de los dos tanques es de 8.76 kg/m3. Así, el requerimiento es
de:
Kg SSTLM = 3.5 * 4,354 = 15,239
El volumen de inóculo sería de:
m3 SST recirculación = 15,239 / 8.76 = 1739.61
Esta sería la cantidad necesaria, pero como es demasiado grande se recomienda
que al menos se inocule con el 10 % como mínimo, esto sería de 173.96 m3.
Como la planta esta dividida en dos módulos es necesario agregar a cada uno
86.98 m3.
La PTAR La Rosita tiene un gasto de purga de lodos de 4 a 5 L/s. Tomando el valor
más desfavorable su producción sería de 14.4 m3/h. Este valor se deberá tomar en
cuenta para el transporte e inoculación de la planta de TDM.
204
Así, en un periodo de 12 horas se podrá cubrir el requerimiento del volumen del
inóculo deseado.
Es conveniente y recomendable y de ser posible se agregue inóculo durante los
primeros cinco días de arranque, esto facilitará que la estabilización del sistema sea
mas rápida. Para poder llevar un registro del volumen de inóculo que se esta
agregando al reactor biológico se recomienda el uso del formato de la tabla 6.12.
Tabla 6.12 Formato de volúmenes de inóculo
Módulo 1
Día
Volumen (m3)
SST (mg/L)
Módulo 2
Día
Volumen (m3)
SST (mg/L)
•
Si el inóculo proviene de la caja de salida de los reactores biológicos. Se toma como
base la cantidad de sólidos suspendidos volátiles en el licor mezclado que tendrá el
reactor biológico y el volumen del mismo. En este caso son 2310 mg/L (2.31 kg/m3)
y 4,354 m3. El inóculo proviene de la planta de tratamiento la Rosita, la cual en
promedio de 2 días y de los dos tanques es de 3.24 kg/m3. Así, el requerimiento es
de:
Kg SSVLM = 2.31 * 4,354 = 10,058
El volumen de inóculo sería de:
m3 SSV = 10,058 / 3.24 = 3,104.24
Esta sería la cantidad necesaria, pero como es demasiado grande se recomienda
que al menos se inocule con el 5 % como mínimo, esto sería de 155.22 m3. Como
la planta esta dividida en dos módulos es necesario agregar a cada uno 77.61 m3.
En la PTAR La Rosita no existen restricciones para tomar licor mezclado, por lo que,
el cubrir el requerimiento del volumen de inóculo deseado, dependerá de que tan
rápido puedan ser llenadas las pipas y el tiempo de transporte.
Así, en un periodo de 12 horas se podrá cubrir el requerimiento del volumen del
inóculo deseado.
Es conveniente y recomendable y de ser posible, se agregue inóculo durante los
primeros cinco días de arranque, esto facilitará que la estabilización del sistema sea
mas rápida. Para poder llevar un registro del volumen de inóculo que se esta
agregando al reactor biológico se recomienda el uso del formato de la tabla 6.12.
205
b) Prueba de difusores.
• Agregar agua de primer uso al tanque de aeración a un nivel de 10 cm por arriba del
difusor.
• Encender el sistema de aeración.
• Verificar que no existan fugas, si se presentan repararlas.
• Si no existen fugas, elevar el nivel del agua hasta la mitad del tanque.
• Verificar que no existan fugas, si se presentan repararlas.
• Si no existen fugas, llenar en su totalidad con agua residual.
c) Primer a quinto día.
• Una vez lleno el tanque de aeración con agua residual y el sistema de aeración
operando, agregar el inóculo, según sea el origen del mismo (ver inciso a).
• Iniciar con un gasto de entrada de 175 L/s o 630 m3/h (por módulo 87.5 L/s o 315
m3/h).
• Iniciar con alimentación de metanol (10 mg/L).
• Iniciar operación en el sedimentador con recirculación del 100%.
posible cada hora.
• Al cumplirse 24 horas de operación, analizar sólidos suspendidos totales y volátiles
en el licor mezclado (SSTLM y SSVLM) para poder estimar el desarrollo de la
biomasa en el reactor biológico. Además, se tomaran muestras del agua residual
cruda y tratada para determinar la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) o en su
defecto demanda química de oxígeno (DQO) y sólidos suspendidos totales (SST) o
en su defecto turbiedad, con la finalidad de poder establecer la eficiencia del
proceso alcanzada hasta el momento. Iniciar el registro de la información en el
• Iniciar con pruebas de sedimentabilidad y tomar registros cada 5 min por espacio de
30 min. y graficar (volumen de lodo vs. tiempo). Establecer un horario fijo, uno por la
mañana y otro por la tarde.
• Utilizar el formato de la tabla 6.11 y determinar el índice volumétrico de lodos (IVL).
IVL = (ml de lodo / Litro) / (g de SST / Litro) = ml de lodo / g de SST
d)
•
•
•
•
•
•
•
•
206
Sexto a décimo día.
Aumentar el gasto de entrada a 215 L/s 774 m3/h (por módulo 117.5 L/s o 387 m3/h).
posible cada hora.
momento.
Calcular recirculación y purga de lodos (Ver “Anexo C”) con la información anterior
y realizar los ajustes necesarios.
Continuar con pruebas de sedimentabilidad y registros en formato de la tabla 6.11.
e) A partir de día 11.
Aumentar el gasto de entrada a 260 L/s 936 m3/h (por módulo 130 L/s o 468 m3/h).
posible cada hora.
Analizar SSTLM y SSVLM para poder estimar el desarrollo de la biomasa en el reactor
biológico. Además, se tomaran muestras del agua residual cruda y tratada para determinar
la DBO5 o en su defecto la DQO y SST o en su defecto turbiedad, con la finalidad de poder
establecer la eficiencia del proceso alcanzada hasta el momento.
Calcular recirculación y purga de lodos, con la información anterior y realizar los ajustes
necesarios.
Continuar con pruebas de sedimentabilidad y registros en formato de la tabla 6.11.
En el “Anexo D” se encuentra el calendario de actividades a desarrollar.
En el “Anexo E” se encuentran los formatos vacíos. Estos podrán ser tomados como
referencia y pueden ser modificados de acuerdo a las necesidades de la planta.
Transición del arranque
Es difícil determinar cuándo termina el arranque y cuándo inicia la operación normal; por
esta razón, a continuación se enlistan algunas formas de conocer si ya se ha llegado a la
operación normal de la planta.
•
Graficar la eficiencia de remoción contra el tiempo (días). Los valores similares de
eficiencias esperadas durante varios días, tal vez indique que ya se está en una
operación normal.
•
Graficar las concentraciones de DBO5 o DQO contra el tiempo. La concentración
caerá hasta valores esperados o de diseño.
•
Determinar si la concentración de SSVLM es la deseada en el reactor biológico.
•
Determinar si la concentración de nitrógeno o nutrientes se ha establecido de
acuerdo al diseño.
•
Calcular la purga de lodos y determinar si se ha establecido de acuerdo al diseño.
•
Determinar si se ha logrado la relación A/M óptima, de acuerdo al diseño.
•
Determinar si se ha logrado la edad de lodos de acuerdo al diseño.
•
Comprobar que la utilización de OD está en los rangos comunes.
•
Ajustar la recirculación a su valor.
207
•
Corroborar que se han alcanzado las metas de calidad de acuerdo con el diseño a
fin de alcanzar niveles aceptables de DBO y sólidos suspendidos (ver formato de la
tabla 6.8).
Problemas típicos en el arranque
En el arranque puede presentarse cualquier número de problemas, por eso los
preparativos previos al arranque son importantes. Aún así, es casi seguro que surja algún
problema. A continuación se presentan los problemas típicos más comunes en el proceso
de arranque de plantas de tratamiento. Los problemas en equipos no se han incluido, pues
cada proveedor lo debe resolver.
Espuma
Como ya se mencionó, ésta es causada principalmente por la formación de
microorganismos jóvenes y en la medida que la población se vaya incrementado y éstos se
constituyan como conglomerados bacterianos o flóculos, su generación ira en decremento.
Su formación se pude regular controlando la cantidad de agua residual que entra al reactor
biológico, esto es, iniciando con un 20% del gasto de diseño y conforme pasan los días ir
incrementando el flujo hasta llegar al 100% del gasto de diseño.
Si la espuma corre el riesgo de salir del reactor se puede controlar mediante una cortina de
agua.
Problemas de sedimentación de lodos biológicos
Los problemas de sedimentabilidad de lodos o formación de flóculos en el arranque son
ocasionados por falta de microorganismos o porque la recirculación y/o purga de lodos no
se realiza adecuadamente. A continuación se presentan una tabla con los principales
problemas, síntomas y sus causas.
Tipo de problema
Síntomas
ABULTAMIENTO Flóculo grande distribuido en
DE LODOS
todo el sedimentador, pobre
compactación del manto de
lodos, predominancia de
organismos filamentosos.
FLOTACIÓN DE Sólidos biológicos flotan en
LODOS
la
superficie
del
sedimentador.
FLÓCULO ROTO Flóculo pequeño, flotante,
sobrenadante turbio.
FLÓCULO
DISPERSO
FLÓCULO
CABEZA
ALFILER
208
Causa
Solución
Sobrecarga
orgánica, Aumentar
recirculación
y
relación A/M incorrecta, disminuir purga.
deficiencia de nutrientes. Disminuir el gasto de entrada.
Demasiado tiempo de
retención
en
el
sedimentador.
Toxicidad, deficiencia de
nutrientes, exceso de
carga
orgánica,
condiciones anaerobias.
Flóculo pequeño y ligero, Edad de lodos baja
sobrenadante claro.
Flóculo pequeño y pesado, Edad de lodos alta
DE efluente turbio, flóculo de
rápida sedimentación.
Tratar de establecer que la
recirculación de lodos sea lo
mas continua posible.
Aumentar la recirculación de
lodos.
Disminuir el gasto de entrada.
Agregar nutrientes.
Determinación de metales.
Aumentar la recirculación de
lodos.
Disminuir la purga de lodos.
Disminuir la recirculación de
lodos.
Aumentar la purga de lodos.
Baja remoción de DBO5
Puede ser debido a que aún no se ha logrado la concentración deseada de SSVLM o a
que la recirculación y la purga de lodos no se han alcanzado el equilibrio deseado.
Temperatura y condiciones climáticas desfavorables
Las épocas estaciónales están ligadas directamente en la temperatura ambiente y estas
condiciones pueden favorecer o desfavorecer el desarrollo microbiológico, mas
específicamente en su metabolismo.
Así, en condiciones de verano el incremento de la temperatura favorece el metabolismo
celular y los microorganismos se reproducirán más rápidamente. Sin embargo, en
condiciones de invierno el metabolismo celular se ve reducido y por lo que la estabilización
del sistema tomará más tiempo de lo planeado.
Equipos, materiales y reactivos para realizar la puesta en marcha
A continuación se describen las necesidades de equipo reactivos y materiales necesarios
para determinar los diferentes parámetros de control para el arranque y puesta en marcha
del proceso de tratamiento de aguas residuales municipales del la termoeléctrica de
Mexicali, en su modalidad de lodos activados, sistema convencional.
Demanda bioquímica de oxígeno
•
Equipo
ο Potenciómetro
ο Incubadora DBO 20°C ± 1°
ο Compresor (5 HP)
ο Oxímetro YSI-55 cable 7.6 m
•
Material
ο Agitador magnético y retirador de barras (12)
ο Winklers con tapas 300 ml (48)
ο Picetas 500 ml (4)
ο Probetas 1000 ml (10)
ο Probetas 100 ml (12)
ο Pipeta volumétrica 5 ml (12)
ο Matraces volumétricos 50 (6), 100 (6), 250 (6), 500 (6) y 1000 ml (6)
•
Reactivos
ο Fosfato monobásico de potasio 1 kg
ο Fosfato dibásico de potasio 4 Kg
ο Fosfato dibásico de sodio heptahidratado 2 Kg
ο Cloruro de Amonio 1 kg
ο Sulfato de magnesio heptahidratado 2 kg
ο Cloruro de calcio 2 kg
ο Cloruro férrico hexahidratado 100 g
209
ο
ο
ο
ο
ο
Acido sulfúrico 1.5 L
Hidróxido de sodio 2.5 kg
Glucosa 500 g
Acido glutámico 100 g
Sulfito de sodio 1 kg
Demanda química de oxígeno
•
Equipo
ο Espectrofotómetro
ο Parrilla con agitación
ο Digestor DQO
•
Material
ο Matraz volumétrico A 50 (6) y 100 ml (6)
ο Vaso de precipitados de 50 (12) y 150 ml (12)
ο Pipeta automática 2.0 ml (2)
ο Bureta electrónica cap. 50 ml (1)
ο Agitador magnético y retirador de barras (12)
ο Viales 16x100 mm c/tapón para digestor DQO (2 paquetes)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Reactivos
Dicromato de potasio 2 kg
Acido sulfúrico 1.5 L
Sulfato mercúrico 500 g
Sulfato de plata 100 g
Acido sulfámico 500 g
Biftalato de potasio 100 g
Sulfato ferroso amoniacal 500 g
Fenantrolina 100 g
Sulfato de ferroso 500 g
Oxígeno disuelto
•
Equipo
ο Oxímetro de campo
pH
•
Equipo
ο Potenciómetro
•
Reactivos
ο Solución de de calibración a 4, 7 10
NOTA: Este equipo lo llevará personal del IMTA.
210
Turbiedad
•
Equipo
ο Turbidímetro modelo 2100P
•
Reactivos
ο Solución de calibración a 10, 100 y 1000 UNT
Determinación de sólidos
•
Equipo
ο Mufla cap.325 pulg.3
ο Estufa cap. 4.5 pies3 40 a 210 °C
ο Bomba de vacío con aceite
ο Balanza analítica de sensibilidad 0.0001g cap. 210 g
ο Desecador con plato
•
Material
ο Crisoles gooch (24)
ο Filtros de fibra de vidrio de GF/C 1.2 µm (10 cajas)
ο Pinzas para crisol (2)
ο Pinzas de precisión (2)
ο Alargadera de hule Walter con tubo(2)
•
Reactivos
ο Carbonato de calcio 100 g
Índice volumétrico de lodos
•
Material
ο Probeta de 1000 ml
ο Cronómetro
211
1. ¿Por qué es importante monitorear adecuadamente el proceso biológico de tratamiento?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
2. Mencione los dos métodos de monitoreo.
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_________________________________________________________________________
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_________________________________________________________________________
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3. En un sistema de lodos activados, ¿qué nos indica el color oscuro o negro del lodo?
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_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
4. En un sistema de lodos activados, ¿qué nos indica la espuma?
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_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
5. ¿Porqué los indicadores analíticos son la principal herramienta del personal de
operación?
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_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
212
6. ¿Qué nos indica la caída brusca del OD?
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_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
7. ¿Qué indicadores analíticos se han utilizado tradicionalmente como parámetros de
control?
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_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
8. ¿Cómo se controla la edad de los lodos?
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_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
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_________________________________________________________________________
9. ¿De qué factores depende una óptima recirculación?
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10. ¿Qué se debe hacer cuando la relación A/M es baja o alta?
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_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
213
214
7
MANUAL DE OPERACIÓN Y
MANTENIMIENTO
• Conocerá los registros de operación para llevar un
control de las actividades que se realizan en la planta
de tratamiento para cumplir con los requerimientos
establecidos.
• Conocerá los elementos que se deben tener en
cuenta al implementar un programa adecuado de
mantenimiento de las instalaciones y del equipo
electromecánico de una planta de tratamiento.
7.1 Registro de operación
Una de las funciones más importantes de un operador es la preparación y mantenimiento
adecuado del registro de los datos que se generan en la misma. Los registros de operación
pueden ser separados en dos categorías:
a) Registros físicos
b) Registros de desempeño
a) Registros físicos
Estos registros describen las instalaciones y equipos de la planta e incluyen:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Criterios de diseño de la planta
Planos de la planta
Manual de operación
Registro de equipos que también incluye:
Nombre del proveedor
Fecha de compra
Modelo
Capacidad
Principales características
Registro del mantenimiento de cada equipo
Registros de costos de compra y reparación de equipos
b) Registros de desempeño
Estos registros describen la operación de la planta y proveen de información tanto al
operador como a cualquier persona que lo quiera, ya que es en realidad un registro
histórico. Estos resultados o registros deberán ser utilizados por el operador para resolver
los problemas que se presenten en el proceso y para anticiparse a necesidades futuras.
215
Además, los registros también pueden ser empleados para requerimientos legales o de
regulación establecidos por el gobierno.
Los posibles
siguientes:
•
•
•
•
•
registros
pueden
ser
los
Registro de operación diario
Registro de calidad del agua
Registro de fallas de equipo
Registro de reactivos
Elaboración de reportes
A continuación se muestra una lista de
actividades establecidas rutinariamente por
cada media hora.
Hora
09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
216
Actividad
Recepción de turno
Cambio de bombas de: Pretratamiento, tanque de aireación y recirculación de lodos.
Determinación del gasto en: Pretratamiento, tanques de aireación y entrada y salida de la laguna.
Recirculación de lodos.
Toma de lectura de totalizador de agua tratada.
Toma de gasto hotel Arcoiris.
Limpieza de rejillas de pretratamiento y desarenador.
Cosecha de alga y lemna.
Comida.
Comida
Purga de lodos.
Peso de lodos secos.
Limpieza de sensores de pH, OD, OR y SST de reactor 1.
Limpieza de turbidimetros.
Hora
16:30
17:00
17:30
18:00
18:30
19:00
19:30
20:00
20:30
21:00
21:30
22:00
22:30
23:00
23:30
24:00
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
03:00
03:30
Actividad
Comida
Comida
Apagar la bomba de la laguna.
Lavado de peceras.
Alimentación de peces del estanque.
Cosecha de algas y lemna.
Encendido del alumbrado de la planta.
Comida
Comida
Limpieza de sensores de pH, OD, OR y SST de reactor 2.
Limpieza de rejillas de pretratamiento.
Purga de las llaves de aire de los tanques de aireación.
217
Hora
04:00
04:30
05:00
05:30
06:00
06:30
07:00
07:30
08:00
08:30
Actividad
Limpieza de rastras y canal del sedimentador.
Lavado de rejilla.
Encendido de la bomba de la laguna.
Encender la bomba de la laguna.
Captura de datos.
Registro en bitácora personal
Formatos de registro de índice volumétrico de lodos (IVL)
Formato de registro por prueba y cálculo de IVL
Fecha:
01/01/2005 Hora:
Tanque 1
SST:
t (min) V (ml)
5
10
15
20
25
30
9:30
Fecha:
Tanque 2
SST:
t (min) V (ml)
01/01/2005 Hora:
Tanque 1
SST:
t (min) V (ml)
5
10
15
20
25
30
Índice volumétrico de
lodos
01/01/2005
Hora
9:30
Tanque 1 Tanque 2
18:30
Tanque 2
SST:
t (min) V (ml)
Hora
18:30
Tanque 1 Tanque 2
Formato de registro diario y mensual del IVL
Fecha
Hora
01/01/2005
02/01/2005
03/01/2005
04/01/2005
05/01/2005
06/01/2005
9:30
9:30
9:30
9:30
9:30
9:30
SST
T1
0
0
0
0
0
0
Formatos de registro de gasto
218
IVL
T2
0
0
0
0
0
0
T1
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
SST
T2
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Hora
18:30
18:30
18:30
18:30
18:30
18:30
T1
0
0
0
0
0
0
IVL
T2
0
0
0
0
0
0
T1
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
T2
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Formato de registro por hora
MES:
ENERO
PreDÍA HORA tratamiento
Seg.
L/s
1
00:00
01:00
02:00
03:00
04:00
05:00
06:00
07:00
08:00
09:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
Tanques de aeración
Tanque 1
Seg.
L/s
Laguna de maduración
Tanque 2
Seg.
L/s
Entrada
Seg.
L/s
Salida
Seg.
L/s
Autohotel
Seg.
L/s
Totalizador
m3
Formato de registro por día
Promedio
(L/s)
Total
(m3/día)
Pretratamiento
Tanque 1
Tanque 2
Laguna salida
Autohotel
Formato de registro diario y mensual del gasto
DÍA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Pretratamiento
ENERO
Promedio (L/s)
Tanque 1
Tanque 2
Laguna salida
Autohotel
219
7.2 Mantenimiento
Una planta debe mantenerse siempre
limpia. Esto favorece al ánimo de los
empleados y tiende a mejorar su
actitud por el trabajo que realizan.
Además, el aspecto que proyectan
hacia los usuarios o personas que
transitan cerca de ella, favorece su
imagen ante la población.
Un buen control del proceso de
tratamiento no puede realizare sin
que se siga un programa de
mantenimiento.
Cuando una planta ha operado por un largo período, las reparaciones del equipo se
vuelven más frecuentes si no se ha seguido un programa de mantenimiento preventivo.
Además, algunos equipos pueden volverse obsoletos, ya sea por el paso del tiempo a o la
aparición de modelos más modernos. Se justifica el cambio de un equipo cuando éste se
vuelve obsoleto porque no es posible conseguir sus, refacciones, ya que la continuidad del
proceso no debe afectarse, porque el equipo más reciente favorezca la eficiencia del
tratamiento o reduzca los costos de operación.
Un programa de mantenimiento es una parte muy importante en la operación de una
planta. Este programa debe ser diseñado de tal manera que asegure la operación
satisfactoria de la planta bajo cualquier condición. El programa debe contener
mantenimiento preventivo y rutinario, así como de emergencia. Todas las plantas deben
tener escritas las instrucciones de cómo operar y mantener el equipo. Estas instrucciones
son de mucha ayuda cundo el operador es nuevo en este tipo de obligaciones o tareas.
Los elementos principales que constituyen un programa de mantenimiento son los
siguientes:
•
•
•
•
•
Calendarización de actividades
Registro de bitácoras
Partes de almacén
Control de presupuesto y costos
Procedimientos de reparación de emergencias
Para llevar el registro del mantenimiento diario, se recomienda la utilización de formatos
muy sencillos, que incluyan el equipo que comprende cada etapa del proceso, indicándose
el tipo de servicio (mecánico o eléctrico) que requiere.
Calendarización de actividades
Este es la columna vertebral del programa de mantenimiento. Las instrucciones de
operación y mantenimiento que se proporcionan cuando se compra un equipo pueden ser
de gran utilidad para realizar el plan.
220
Los esfuerzos de la realización de la calendarización de deben enfocar a tareas
específicas que se deben realizar en periodos de tiempo congruentes establecidos. La
siguiente información es importante cuando se considera desarrollar un plan.
•
•
•
•
•
Procedimientos de rutina
Procedimientos especiales (reparación general)
Necesidades del conocimiento de técnicas de mantenimiento y reparación
Requerimientos de herramientas especiales y de equipo
Disponibilidad de partes de repuesto
Mantenimiento preventivo (procedimientos de rutina)
El mantenimiento de una planta no debe basarse solamente en las deficiencias que se
detecten en la supervisión diaria del equipo. Debe contarse con un programa de
mantenimiento preventivo, que indique fechas y actividades a realizar a fin de contrarrestar
los problemas operativos.
En las operaciones de rutina de una planta, el operador debe inspeccionar todos los
equipos mecánicos y eléctricos operen correctamente y realizará las siguientes actividades
de mantenimiento.
•
•
•
•
•
•
•
•
Los motores deben estar libres de suciedad y de humedad
Asegurarse que los equipos que se encuentran dentro de instalaciones cerradas
tengan una buena ventilación
Verificar que los motores y bombas no tengan goteras, ruidos inusuales, vibraciones
o sobrecalentamiento
Mantener lubricadas las partes que lo requieran y verificar los niveles de aceite en
los equipos que lo necesitan
Verificar la alineación de flechas y acoplamientos
Verificar sobrecalentamiento de chumaceras y su lubricación
Verificar la operación apropiada de válvulas y bombas
Verificar la calibración de dosificadores
Se recomienda que este tipo de actividades se realice diariamente.
Herramientas
Para que sea efectivo un mantenimiento de rutina es necesario conocer apropiadamente el
uso de cada herramienta, ya que con esto se asegura que no se dañará el equipo, además
de representar seguridad para el operador. Es importante recordar que sino se cuenta con
la herramienta adecuada para desarrollar una tarea específica no se podrá realizar un
buen programa de mantenimiento.
Es conveniente realizar un control de la herramienta disponible, debido a que de esta
manera se podrá reemplazar más fácilmente aquella que se dañe o se reporte como
perdida. Para tal efecto, es apropiado llevar un registro de préstamo en pequeñas
papeletas, en donde se registre la fecha de préstamo, nombre del usuario y el tipo de
herramienta. Una vez devuelta ésta será cancelada. Además, debe existir una lista general
que agrupe a las herramientas por tipo de uso, la cual se verificará cuando menos una vez
por semana.
221
Procedimientos especiales
Estos son muy importantes para poder desarrollar adecuadamente un programa de
mantenimiento y se listan a continuación.
•
•
•
Planes de paro de equipos para minimizar los impactos adversos a la operación de
la planta
Empleo de registros de reparación de equipos y calendario de mantenimiento
Preparar procedimientos o referir a las instrucciones del manual de operación para
realizar reparaciones o rehabilitaciones de los equipos o para otras tareas en las
que se requiera realizar un mantenimiento especial.
Registro de información
Un buen manejo de los datos es una característica importante en la administración de un
programa de mantenimiento, ya que proporciona un sistema base para la asignación de los
trabajos diarios y genera a su vez un registro histórico de los trabajos realizados en los
equipos.
A continuación se dan algunas recomendaciones que pueden ser útiles para obtener un
buen sistema de registro.
a)
b)
c)
d)
Cartas con información individual de cada equipo para conformar un inventario
Calendario de mantenimiento preventivo
Lista de partes de repuesto y actualización de las misma semanalmente
Registro de la calidad del trabajo realizado
Manejo de partes de repuesto
Ciertas partes de equipos mecánicos son iguales, por ejemplo los soportes de las flechas o
chumaceras, las cuales tienen un periodo de vida corto en relación a la vida útil del equipo.
Por lo anterior, se requiere contar con un número considerado de estas piezas en el
almacén.
Las partes de repuesto deben ser almacenadas en base a:
a)
b)
c)
d)
La importancia de las partes en la operación de la planta
Disponibilidad
El efecto en la operación si la partes es defectuosa
El espacio que ocupe en el almacén
Si las refacciones son rápidamente suministradas por el proveedor, es conveniente no
contar con ellas en el almacén, ya que sería un costo innecesario. Un registro histórico de
las partes en el almacén indicará cuales son las más requeridas y la cantidad en un
periodo de tiempo dado. Además, las partes deberán ser repuestas en un tiempo corto.
A continuación se presenta, a manera de ejemplo, el calendario de mantenimiento de la
planta de tratamiento de aguas residuales del IMTA.
222
Programa de mantenimiento de julio a diciembre del 2004
No.
OBSERVACIONES Y/O
BITÁCORA
P R P R P R P R P R P R Y PÁGINAS BITÁCORA UTILIZADA
Cárcamo de
Limpieza general y
Pretratamiento
bombeo
desazolve de lodo
Nueva. Garantía de un
Bomba sumergible
Pretratamiento 2
2
año, fecha de compra 26(NABOHI) 1
12-01. Verificación diario
Bomba sumergible
Pretratamiento 2
2
Bomba sumergible Caseta de
2
2
sopladores
2
2
sopladores
12-01
2
2
sopladores
12-01
Bomba sumergible Tanque de
2
2
año, fecha de compra 261 (Goulds)
regulación
Bomba sumergible Tanque de
2
2
año, fecha de compra 262 (Goulds)
regulación
Cambio de aceite cada
Agitador
Tanque de
25
12 meses y engrasado
LIGHTNIN 1
aireación 1
c/3 meses
Agitador
Tanque de
25
LIGHTNIN 2
aireación 1
c/3 meses
Agitador
Tanque de
25
LIGHTNIN 3
aireación 2
c/3 meses
Agitador
Tanque de
25
LIGHTNIN 4
aireación 2
c/3 meses
Agitador
Tanque de
25
LIGHTNIN 5
almacenamiento
c/3 meses
Sensor de flujo de Reactor
28
26
27
Limpieza
aire (Rotámetro) biológico
Limpieza general,
Bombas-1 de 1/2 A un costado del
10
10
verificación de aceite,
HP
Invernadero
impulsor y carcaza
Limpieza general,
10
10
HP
Invernadero
impulsor y carcaza
Limpieza general,
10
10
HP
Invernadero
impulsor y carcaza
Limpieza general,
10
10
HP
Invernadero
impulsor y carcaza
EQUIPO
LOCALIZACIÓN
JUL AGO SEP OCT NOV DIC
223
No.
OBSERVACIONES Y/O
BITÁCORA
Limpieza general,
10
10
HP
Invernadero
impulsor y carcaza
Tanque de
Módulo de lodo
Limpieza y desazolve de
regulación
activados
lodo
Verificación de platos e
28
26
27
impulsor, aceite y
1 (Caprari)
sopladores
limpieza general
Verificación de plato e
28
26
27
impulsor, aceite y
2 (Caprari)
sopladores
limpieza general
Para mantenimiento
correctivo (Embobinado,
28
26
27
cambio de plato e
3 (Caprari)
sopladores
impulsor, valeros y
aceite)
28
26
27
impulsor, aceite y
4 (Caprari)
sopladores
limpieza general
28
26
27
impulsor, aceite y
5 (Caprari)
sopladores
limpieza general
Alimentación de
Limpieza general,
equipo de
lubricación, engrasado,
Bomba centrifuga
26
26
monitoreo en
verificación del impulsor y
1/4 HP
línea.
carcaza.
(Sedimentación)
Alimentación de
Limpieza general,
equipo de
lubricación, engrasado,
Bomba centrifuga
monitoreo en
26
26
verificación del impulsor y
1/4 HP
línea (Tanque de
carcaza.
aireación)
Limpieza de filtro y
general, lubricación,
Soplador 1 (Anlet Caseta de
30
30
engrasado, verificación
root)
sopladores
de: bandas, torque y
presión de aire.
Limpieza de filtro y
general, lubricación,
Soplador 2 (Anlet Caseta de
30
30
engrasado, verificación
root)
sopladores
de: bandas, torque y
presión de aire.
Para mantenimiento
correctivo (Impulsor
Soplador ( Thutill Caseta de
Embobinado, cambio de
30
30
siemens)
sopladores
plato e impulsor, valeros
y aceite)
Limpieza general,
Compresor 1-300 Caseta de
7
7
bandas, pistones y
psi (ITSA)
compresores
carcaza
Limpieza general,
Compresor 2-300 Caseta de
7
7
bandas, pistones y
psi (ITSA)
compresores
carcaza
EQUIPO
224
LOCALIZACIÓN
No.
OBSERVACIONES Y/O
BITÁCORA
Limpieza y verificación
Equipo de
del paso de cloro al
Caseta de
medición de cloro
cloración
equipo (FUERA DE
residual
SERVICIO)
Caseta de
Alarma de gas
con amoniaco líquido.
cloro
cloración
(FUERA DE SERVICIO)
Registro del peso del gas
cloro en kg y verificación
Caseta de
Cilindro de gas
cloro
cloración
de fugas (FUERA DE
SERVICIO)
Caseta de
Dosificador de
interna de sus accesorios
cloro
cloración
(FUERA DE SERVICIO)
Limpieza de disipadores
Bomba 1 (Barnes) Sistema terciario 14
14
de calor, bases y caseta
Limpieza de disipadores
Bomba 2 (Barnes) Sistema terciario 14
14
de calor, bases y caseta
Verificación de zapatas,
Arrancador (Cutler Caseta del
14
cables, bobina y limpieza
Amerm)
sistema terciario
14
general
Rastra del
Sedimentador
Limpieza, lubricación y
21
21
21
sedimentador
secundario
engrasado
Caseta de
CCM
Mantenimiento anual
control
Hidroneumático
Sistema terciario 14
14
presión
Bombas de
Reactor
recirculación de
Mensualmente
biológico
lodos
Revisión de
instalaciones
Puertas de la
Planta y
29
29
Revisión de instalaciones
planta y
laboratorios
laboratorio
Trabajos de
Planta y
2
3
albañilería
laboratorios
Pintura de
Planta y
hidráulica
laboratorios
Planta y
Pintura eléctrica
laboratorios
Planta y
Gases
laboratorios
Accesorios
Baño
25 25 25 24 25 22
sanitario
Planta y
Extintores
laboratorios
Revisión de lava
Laboratorios
Los días 1 y 15
ojos y regaderas
Verificación de
registros
Eléctricos
Planta
11 12 12 13 12 12
Agua
Planta
11 12 12 13 12 12
Caseta de
Cada vez que se instale
Balance de cargas
control
un equipo
NOTAS:
Esta fuera de servicio.
EQUIPO
LOCALIZACIÓN
225
1. ¿Escriba los valores recomendados de la constante de metabolismo celular (Y)?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
2. ¿Escriba los datos que se requieren para el cálculo del gasto de purga?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
3. ¿Cuáles son los registros de operación que se deben realizar?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
4. ¿Cuál es el objetivo del mantenimiento de una planta de tratamiento?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
5. ¿Por qué es importante el mantenimiento preventivo?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
226
8
NORMATIVIDAD APLICADA A EL
TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES
AUTORES: Gustavo A. Ortiz Rendón
Gabriela Moeller Chávez
Petia Mijaylova Nacheva
Al término del tema, el participante conocerá la
legislación, criterios, requerimientos y normas referentes
a aguas residuales en México.
8.1 Desarrollo de la legislación en México. Criterios y normas
En la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos se establecen las bases
normativas referentes al medio ambiente. El desarrollo en torno al derecho ambiental
mexicano se puede observar en tres etapas:
•
•
•
Conservación y Regulación de los Recursos Naturales (1917-1970)
Prevención y Control de la Contaminación (1971-1981)
Legislación Ambiental vigente (1982 a la fecha)
Dentro de la última etapa se promulgaron cuatro leyes que actualmente constituyen la base
de la normativa para el control de la contaminación:
•
•
•
•
Ley General de Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente (1988)
Ley de Aguas Nacionales (1992 y 2004)
Ley Federal sobre Metrología y Normalización (1992)
Ley Federal de Derechos en Materia de Agua (1997)
En la Ley de Aguas Nacionales (LAN, 2004), se define una visión moderna y
descentralizada de la gestión que considera, entre otros aspectos, lo siguiente:
•
Se establece que el Ejecutivo Federal favorecerá la descentralización de la gestión
de los recursos hídricos y reglamentará por cuenca y acuífero la explotación, uso,
aprovechamiento de las aguas nacionales del subsuelo y superficiales (Artículo 5).
•
La Comisión Nacional del Agua se constituye como el órgano superior técnico,
normativo y consultivo de la Federación. Se organiza en dos modalidades: a nivel
nacional y a nivel hidrológico administrativo: organismo de cuenca (Artículo 9.)
La Comisión realizará esas atribuciones contando con los nuevos Organismos de
Cuenca, que son en cada región las autoridades del agua. Estos organismos están
dotados de autonomía técnica, administrativa y de gestión. (Artículo 12 BIS).
•
227
•
Los Consejos de Cuenca se fortalecen como organismos colegiados de integración
mixta, no gubernamentales, coordinados, pero no subordinados a los Organismos
de Cuenca, las dependencias y entidades federales, estatales y municipales, para
realizar básicamente labores de planeación, programación coordinación y
concertación en aspectos específicos de la gestión hídrica (Artículo 13).
Actualmente, el Reglamento de la LAN está en proceso de redacción.
En lo que se refiere a prevención y control de la contaminación, se establece que la CNA
ejerce las facultades correspondientes a la Autoridad Federal en materia de prevención y
control de la contaminación del agua, de acuerdo con las leyes: LAN y Ley General de
Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente.
La Ley Federal sobre Metrología y Normalización (LFMN) estableció una nueva
nomenclatura de normas y nuevos procedimientos para la elaboración de las mismas. Se
definen dos tipos de normas:
•
•
Normas Mexicanas (NM), normas de referencia que se emiten por los organismos
nacionales de normalización, y
Normas Oficiales Mexicanas (NOM), de carácter obligatorio, que se expiden por las
dependencias competentes.
A las NOM en materia ambiental se encuentra encomendada la determinación de los
parámetros dentro de los cuales se garantizan las condiciones necesarias para el bienestar
de la población y para asegurar la preservación y restauración del equilibrio ecológico y la
protección al ambiente, es decir si el derecho ambiental tutela como bienes jurídicos a los
diversos elementos de la biosfera, las Normas Oficiales Mexicanas determinan hasta
donde la actividad perturbadora de la conducta humana puede ser tutelada por dichos
bienes sin alterar su equilibrio.
De conformidad con el artículo 62 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización,
previas invitaciones enviadas por la Presidencia del Instituto Nacional de Ecología a
diferentes instituciones, el 17 de diciembre de 1992 se llevó a cabo la constitución del
Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Protección Ambiental, como órgano
para la elaboración de Normas Oficiales Mexicanas de su competencia. Este comité cuenta
con 8 subcomités, uno de los cuales es el de agua.
En el periodo 1993-94 fueron analizadas y aprobadas 44 NOM en materia de control de
descargas de aguas residuales y una referente al método para la determinación de
Toxicidad Aguda con Daphnia magna. Esta normativa abarcó la mayor parte de los
sectores industriales en el país.
Las normas publicadas entraban en vigor con diferentes fechas desde 1993 hasta 1995 a
medida de su publicación en el DOF, excepto la NOM-067-ECOL-1997, referente a
descargas de aguas residuales municipales a cuerpos receptores, la cual iba a entrar el
vigor el 1 de enero de 1997.
Para el control de la contaminación por descargas de aguas residuales existen dos
principales métodos:
228
•
•
Control en los cuerpos receptores, fijando Limites Máximos Permisibles (LMP) de
los parámetros de calidad del agua en los cuerpos receptores de acuerdo al uso del
agua.
Control de las descargas, fijando LMP de diferentes parámetros de calidad del agua
para las descargas a los cuerpos receptores.
El método de control en los cuerpos receptores ofrece mayores ventajas ya que toma en
consideración la contaminación total del cuerpo de agua, permite diseñar los sistemas de
tratamiento de acuerdo al uso propuesto del cuerpo receptor y la calidad del agua
correspondiente a este uso. Relacionado con esto, el costo del tratamiento es óptimo, no
se excede el grado de tratamiento necesario.
La aplicación del método de control en el cuerpo receptor es, sin embargo, más difícil y
requiere de más tiempo para implementar. Se necesita una amplia red de estaciones de
monitoreo y existen dificultades para el control de las descargas al cuerpo receptor.
Para la implementación de este método se necesita realizar estudios preliminares para la
clasificación de todos los cuerpos receptores según su uso y después fijar Condiciones
Particulares de Descarga (CPD) para cada planta, es decir fijar los LMP del conjunto de
parámetros de la calidad del agua que garantiza la calidad del agua requerida en el cuerpo
receptor.
Otra desventaja de este método es que para la vigilancia del cumplimiento de las CPD se
requiere una buena infraestructura de laboratorios y personal altamente capacitado.
Además, todavía no existen instrucciones prácticas respecto a la frecuencia y distancia
permisible para el muestreo en condiciones extraordinarias, como por ejemplo en caso de
inundaciones, así como para el muestreo en condiciones meteorológicas o geográficas
extraordinarias.
Este método permite fijar diferentes valores LMP para las diferentes plantas de tratamiento
de aguas residuales de un mismo tipo, de un mismo sector o subsector industrial.
Esto, sin embargo, implica también diferencia en las inversiones para sistemas de
tratamiento que las plantas industriales de un mismo giro industrial tienen que realizar,
dependiendo del cuerpo receptor a donde las industrias descargan, o sea de su ubicación,
la cual no siempre considera solamente factores ecológicos sino también sociales,
cercanía a fuentes de materia prima, etc.
El método de control en las descargas es más práctico y fácil de implementar. Los
requerimientos respecto la calidad del agua residual en este caso son iguales
independientemente de cual sea el cuerpo receptor. Las descargas son fáciles de controlar
y también es fácil de determinar el grado de tratamiento requerido.
La desventaja de este método es que no existe una relación de dependencia entre las
características de las aguas residuales y el cuerpo receptor, no se toma en cuenta el flujo
del agua en el cuerpo receptor, ni su capacidad de asimilación y autopurificación. Es
posible que en muchas plantas los LMP sean excedidos aun cuando se cumpla con las
normas de emisión. Si las restricciones imponen un nivel de tratamiento superior al
necesario, el costo de operación de las plantas de tratamiento se hace superior al óptimo.
229
En México, como en muchos países del mundo, se combinan los dos métodos de control,
en los cuerpos receptores y en las descargas. Mediante la red de monitoreo se controlan
algunos parámetros de la calidad del agua en las principales cuencas del país. Los
estudios para la clasificación de los cuerpos naturales de agua han permitido fijar CPD
para una parte de las descargas registradas.
Las CPD, según la LAN y su reglamento las define la CNA. Estas se establecen en los
permisos de descarga que se entregan a los usuarios, cuya obligación es cumplir con las
restricciones. Para la protección de los cuerpos receptores que no han sido monitoreados y
estudiados detalladamente se aplican las NOM referentes a descargas de aguas
residuales.
El paquete de 44 normas en materia de control de la contaminación por descargas de
aguas residuales fue elaborado apegándose al método de control en las descargas.
En casos específicos, cuando en un momento dado se demuestre que la capacidad de
autopurificación o asimilación de contaminantes en un cuerpo receptor es reducida, o las
autoridades federales, estatales o municipales consideren necesario y conveniente para la
conservación o mejoramiento de la calidad del agua en determinadas cuencas, los valores
máximos permisibles de las NOM pueden ser reducidos mediante su fijación como CPDs.
La vigilancia del cumplimiento de las restricciones establecidas mediante las CPD y las
NOM referentes a descargas corresponde a la CNA. Las sanciones por incumplimiento y el
procedimiento para su imposición se establecen en el Reglamento de la LAN.
Los principales criterios que generalmente se usan para determinar los parámetros de
control de las descargas de aguas residuales y los límites de las restricciones son:
•
•
•
•
•
La calidad requerida del agua en los cuerpos receptores de acuerdo a su uso.
El caudal y las características físico-químicas y microbiológicas de las aguas
residuales.
La factibilidad técnica y económica de la tecnología de tratamiento.
El método de disposición (directo o indirecto, sistemas de tratamiento individuales o
combinados).
La capacidad de dilución, autopurificación y acumulación de contaminantes
persistentes en los cuerpos receptores.
Últimamente, debido a que la calidad en los cuerpos receptores se ha deteriorado
grandemente, no se considera su capacidad de autopurificación y se exige que el agua
descargada tenga la calidad que se requiere para el cuerpo receptor. En este sentido la
normativa a nivel internacional se ha vuelto mucho más estricta que la de hace dos - tres
décadas.
Para el caso de descargas de aguas residuales a cuerpos receptores, además de los
niveles de los límites máximos permisibles, que especifican las normas, en muchos países
se han definido requerimientos mínimos.
230
En la tabla 8.1 se presentan los requerimientos mínimos para las descargas de aguas
residuales municipales a cuerpos receptores de agua superficiales según U.S. EPA
(U.S.EPA, 1973; U.S.EPA, 1992). En Alemania, además de las normas de la LAWA,
también se han definido requerimientos mínimos para las descargas de aguas residuales
tanto domésticas, como industriales a los cuerpos receptores.
En estos requerimientos mínimos se establecen por giros industriales los límites de
concentración o carga para los diferentes parámetros o grupos de sustancias que no
deben excederse. En la tabla 8.2 se presentan los requerimientos mínimos de los valores
de SS, DQO y DBO5 para aguas residuales municipales aplicados en la Comunidad
Europea (Fresenius et al., 1991).
Los requerimientos están clasificados en tres grupos según la capacidad necesaria de las
plantas de tratamiento para procesar el contenido de materia orgánica en las aguas
residuales.
Tabla 8.1 Requerimientos mínimos para descargas de aguas residuales municipales a
cuerpos receptores según U.S.EPA.
PARAMETRO
DBO5, mg/L
SST, mg/L
pH
Coliformes fecales, NMP/100 ml
PROMEDIO MENSUAL
30
30
6-9
200
PROMEDIO SEMANAL
45
45
6-9
400
Tabla 8.2 Requerimientos mínimos para aguas residuales municipales aplicados en la
Comunidad Europea
CLASIFICACIÓN SEGÚN LA
CAPACIDAD DE LA PLANTA
Clase 1. 60 kg/d de DBO
Muestra simple
Muestra compuesta a las 2 h
Clase 2. 60-600 kg/d de DBO
Muestra simple
Clase 3. 600 kg/d de DBO
Muestra simple
SÓLIDOS
SEDIMENTABLES
(SS), ml/l
0.3
-
DEMANDA QUÍMICA
DE OXÍGENO
(DQO), mg/l
180
120
DEMANDA
BIOQUÍMICA DE
OXÍGENO (DBO5), g/l
45
30
0.3
-
160
110
35
25
0.3
-
140
100
30
20
Las 44 NOM elaboradas en el periodo 1993-1995 consideraron la calidad del agua en los
cuerpos receptores de las localidades principales de los diferentes giros industriales, los
diagnósticos de los efluentes de los sectores industriales analizados, y la factibilidad
técnica de la tecnología de tratamiento convencional aplicable a cada sector. Además de
los proyectos de normas a la consideración del Subcomité del Agua fueron también
sometidos los estudios de la factibilidad económica de cada norma.
231
Para la elaboración y la discusión de las normas fueron utilizados estudios nacionales e
internacionales disponibles en el país; literatura especializada en materia de control de
contaminación, calidad de agua y tecnología de tratamiento de efluentes industriales;
normativa internacional y bases de datos sobre tratabilidad de aguas residuales y remoción
de contaminantes específicos, tóxicos orgánicos, metales pesados, etc.
Los tóxicos orgánicos fueron incorporados como parámetros de control en el apartado
Condiciones Particulares de descarga de 25 de las normas. La lista de los compuestos
tóxicos orgánicos más probables en las descargas industriales fue incluida en el texto de la
primera norma oficial ecológica como ANEXO, refiriéndose a este al mencionar el
parámetro Tóxicos Orgánicos en las demás NOMs.
En el apartado de Condiciones Particulares de descarga de las NOM fue incluido el
parámetro Toxicidad Aguda con Daphnia magna. La incorporación de los últimos dos
parámetros, aunque solamente en el apartado CPD, ponían la base de un nivel más alto de
control de contaminación, que es necesario empezar a llevar a cabo en un futuro cercano,
el control de los contaminantes tóxicos.
Como resultado de una fuerte polémica en el Subcomité, se quito el parámetro Fósforo
Total y el Nitrógeno Total de la "tabla de control por las NOM" para todas las industrias
excepto "Producción de fertilizantes", pasándolos a la lista de parámetros que se pueden
fijar como condiciones particulares de descarga. Se suspendió también el parámetro
temperatura de la lista de control de la NOM 001, referente a termoeléctricas.
En forma general, las 44 normas elaboradas fueron suficientemente estrictas para
garantizar la protección de los cuerpos receptores en términos globales y obligaban la
aplicación de tratamiento de las descargas industriales a niveles económicamente
aceptables para las industrias, limitaban la descarga de algunos contaminantes específicos
y característicos para los efluentes de determinadas industrias, restringían el uso de agua
residual sin tratamiento en la agricultura y la descarga de lodos de plantas de tratamiento
al alcantarillado municipal.
La calidad necesaria del agua residual municipal en México se reglamentaba en la NOMCCA-067-ECOL/1994, la cual tenía que entrar en vigor desde 1 de enero de 1996. Esta
norma establecía dos niveles de la calidad requerida de acuerdo al tamaño de la población,
para poblaciones menores y mayores de 80,000 habitantes.
232
8.2 Normativa vigente (1997-2004)
8.2.1 NOM-001-SEMARNAT-1996
Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de
aguas residuales en aguas y bienes nacionales.
En el año 1996, la Gerencia de Normas, sometió a la consideración del Subcomité de Agua
una propuesta de NOM, la cual consideraba el uso del agua en los cuerpos receptores,
elemento que no consideraban las normas anteriores. Al igual que en las normas
anteriores, se utilizaba el método de control en las descargas, pero los cuerpos receptores
se dividen en 10 categorías según su uso y para cada categoría se establece una cierta
calidad de las aguas descargadas.
Esta norma fue aprobada y publicada en el DOF el 6 de enero de 1997 como NOM-001ECOL-1996 (ahora SEMARNAT), entrando en vigor desde el día de su publicación. La
NOM-001-ECOL-1996 (ahora SEMARNAT) abrogó las 44 normas anteriores. El punto 1 de
las “Especificaciones” de la nueva norma establece que “la concentración de
contaminantes básicos, metales pesados y cianuros para las descargas de aguas
residuales a aguas y bienes nacionales, no debe exceder el valor indicado como límite
máximo permisible en las tablas 8.2 y 8.3 de esta Norma Oficial Mexicana” y que “el rango
permisible del potencial de hidrógeno (pH) es de 5 a 10 unidades.
En la tabla 8.3 se presentan los límites máximos permisibles para los contaminantes según
la NOM-001-SEMARNAT-1996, considerando las correcciones publicadas en el DOF el 30
de abril de 1997 en “Aclaraciones a la NOM-001-SEMARNAT-1996”. La tabla 8.4 presenta
los valores de los LMP para metales pesados y cianuros, considerando también las
correcciones anteriormente mencionadas.
233
Tabla 8.3 Límites máximos permisibles para contaminantes básicos según NOM-001-SEMARNAT-1996
PARÁMETROS
(mg/l, excepto
cuando se
especifique)
EMBALSES NATURALES
Y ARTIFICIALES
RÍOS
AGUAS COSTERAS
SUELO
HUMEDADES
Uso en
Explotación
NATURALES
Uso en
Protección de
riego
pesquera, Recreación Estuarios
Uso público
Uso en riego Uso público
(B)
riego
vida acuática
agrícola (A)
urbano (B)
agrícola (B) urbano (C) navegación y
(B)
(B)
agrícola (A)
(C)
otros usos (A)
P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D.
Temperatura, °C
N.A. N.A. 40
40
(1)
Grasas y Aceites
15
25
15
25
(2)
Materia Flotante
aus. aus. aus. aus.
(3)
Sólidos
Sedimentables
1
2
1
2
(ml/l)
Sólidos
150 200 75 125
Suspendidos
Totales
Demanda
150 200 75 150
Bioquimica de
Oxigeno 5
Nitrógeno Total
40
60
40
60
Fósforo Total
20
30
20
30
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
15
25
15
25
15
25
15
25
15
25
15
25
aus.
aus.
aus.
aus.
aus.
aus.
aus.
aus.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
40
60
75
125
40
60
150
200
75
125
75
30
60
75
150
30
60
150
200
75
150
15
5
25
10
40
20
60
30
15
5
25
10
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A. N.A.
N.A. N.A.
N.A. N.A.
40
40
15
25
aus.
aus.
N.A. N.A.
1
2
125
N.A. N.A.
75
125
75
150
N.A. N.A.
75
150
15
5
25
10
N.A. N.A.
N.A. N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
15
25
aus. aus. aus. aus. aus. aus.
P.M. = Promedio Mensual; P.D. = Promedio Diario; N.A. = No es aplicable; aus. = ausente.
(A), (B), (C) = Tipo de Cuerpo Receptor según la Ley Federal de Derechos.
(1) Instantáneo; (2) Muestra Simple Promedio Ponderado; (3) Ausente según el método de Prueba definido en la NMX-AA-006.
234
Tabla 8.4 Límites máximos permisibles para metales pesados y cianuros según NOM-001-SEMARNAT-1996
PARÁMETROS
(*)
(mg/l)
Arsénico
Cadmio
Cianuros
Cobre
Cromo
Mercurio
Níquel
Plomo
Zinc
EMBALSES NATURALES
Y ARTIFICIALES
RÍOS
Uso en
Protección de
Uso público
Uso en riego
riego
vida acuática
urbano (B)
agrícola (B)
agrícola (A)
(C)
P.M. P.D. P.M. P.D. P.M.
0.2 0.4 0.1 0.2
0.1
0.2 0.4 0.1 0.2
0.1
1.0 3.0 1.0 2.0
1.0
4.0 6.0 4.0 6.0
4.0
1.0 1.5 0.5 1.0
0.5
0.01 0.02 0.005 0.01 0.005
2
4
2
4
2
0.5 1.0 0.2 0.4
0.2
10
20
10
20
10
P.D.
0.2
0.2
2.0
6.0
1.0
0.01
4
0.4
20
P.M.
0.2
0.2
2.0
4.0
1.0
0.01
2
0.5
10
P.D.
0.4
0.4
3.0
6.0
1.5
0.02
4
1.0
20
AGUAS COSTERAS
Explotación
pesquera, Recreación Estuarios
Uso público
urbano (C) navegación y
(B)
(B)
otros usos (A)
P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D.
0.1
0.2
0.1
0.2
0.2 0.4 0.1 0.2
0.1
0.2
0.1
0.2
0.2 0.4 0.1 0.2
1.0
2.0
2.0
1.0
2.0 3.0 1.0 2.0
4.0
6.0
4.0
6.0
4.0 6.0 4.0 6.0
0.5
1.0
0.5
1.0
1.0 1.5 0.5 1.0
0.005 0.01 0.01 0.02 0.01 0.02 0.01 0.02
2
4
2
4
2
4
2
4
0.2
0.4
0.2
0.4
0.5 1.0 0.2 0.4
10
20
10
20
10
20
10
20
SUELO
HUMEDADES
Uso en
NATURALES
riego
(B)
agrícola (A)
P.M.
0.2
0.05
2.0
4.0
1.5
0.005
2
5
10
P.D. P.M.
0.4
0.1
0.1
0.1
3.0
1.0
6.0
4.0
1.0
0.5
0.01 0.005
4
2
10
0.2
20
10
P.D.
0.2
0.2
2.0
6.0
1.0
0.01
4
0.4
20
(*) Medidos de manera total.
235
El punto 2 de “Especificaciones” de la NOM-001-SEMARNAT-1996 establece que”para
determinar la contaminación por patógenos se tomará como indicador a los coliformes
fecales” y que “el límite máximo permisible para las descargas de aguas residuales
vertidas a aguas y bienes nacionales, así como las descargas vertidas a suelo (uso en
riego agrícola) es de 1,000 y 2,000 NMP/100 ml para el promedio mensual y diario
respectivamente”.
El punto 3 de “Especificaciones” de la NOM-001-SEMARNAT-1996 establece que “para
determinar la contaminación por parásitos se tomará como indicador los huevos de
helminto” y que “el límite máximo permisible para las descargas vertidas a suelo (uso en
riego agrícola), es de un huevo de helminto por litro para riego no restringido, y de cinco
huevos por litro para riego restringido, lo cual se llevará a cabo de acuerdo a la técnica
establecida en el anexo 1 de esta Norma”.
Por definición “riego no restringido” es “la utilización de agua residual destinada a la
actividad de siembra, cultivo y cosecha de productos agrícolas en forma ilimitada como
forrajes, granos, frutas, legumbres y verduras”. El término “riego restringido” según la
NOM-001-SEMARNAT-1996 es “la utilización de agua residual destinada a la actividad de
siembra, cultivo y cosecha de productos agrícolas, excepto legumbres y verduras que se
comen crudas”. Los responsables de descargas que tenían establecidas CPD antes de la
entrada en vigor de la NOM-001-SEMARNAT-1996, pueden optar por cumplir con los
requisitos de esta norma (punto 4 de “Especificaciones”).
En el punto 5 de “Especificaciones” de la NOM-001-SEMARNAT-1996 se establecen
fechas de cumplimiento para descargas de aguas municipales, dependiendo del número
de habitantes (Tabla 8.5), y para descargas no municipales, dependiendo de la carga
contaminante expresada como DBO5 o SST (Tabla 8.6).
Como se puede observar el cumplimiento planteado es gradual y progresivo. Las fechas
presentadas en las tablas 8.5 y 8.6 podrán ser adelantadas por la CNA para algún cuerpo
receptor específico, siempre y cuando exista el estudio correspondiente que valide la
modificación (punto 6 de “Especificaciones”).
Tabla 8.5 Fechas de cumplimiento de la NOM-001-SEMARNAT-1996 establecidas para las
descargas de aguas municipales
FECHA DE CUMPLIMIENTO A PARTIR DE:
1 de enero de 2000
1 de enero de 2005
1 de enero de 2010
RANGO DE POBLACIÓN:
Mayor de 50,000 habitantes
Tabla 8.6 Fechas de cumplimiento de la NOM-001-SEMARNAT-1996 establecidas para las
descargas de aguas no municipales
FECHA DE CUMPLIMIENTO
A PARTIR DE:
1 de enero de 2000
1 de enero de 2005
1 de enero de 2010
236
CARGA CONTAMINANTE
DEMANDA BIOQUÍMICA DE
SÓLIDOS SUSPENDIDOS
OXIGENO (DBO5), t/d
TOTALES, t/d
Mayor de 3.0
Mayor de 3.0
De 1.2 a 3.0
De 1.2 a 3.0
Menor de 1.2
Menor de 1.2
En caso de que actualmente no se cumplen los requerimientos de la NOM-001SEMARNAT-1996, según el punto 7 de “Especificaciones” de esta norma, se establecen
plazos para presentar programas de las acciones u obras a realizar para el control de la
calidad del agua de las descargas por parte de los responsables de las descargas. El plazo
establecido para descargas a cuerpos receptores tipo B (ríos, uso público urbano) que
rebasan 5 veces los LMP de la NOM es de 180 días naturales a partir de su publicación.
En los demás casos, los responsables quedan obligados a presentar los programas de
acciones u obras en los plazos que se presentan en las tablas 8.7 y 8.8.
La NOM-001-SEMARNAT-1996 obliga a los responsables de las descargas realizar el
monitoreo de las descargas de aguas residuales para determinar el promedio diario y
mensual. La periodicidad de análisis y reportes se indican en el punto 8 de
“Especificaciones” (Tabla 8.9 y 8.10).
Tabla 8.7 Plazos establecidos para que los responsables de las descargas municipales
presenten programas de acciones u obras en caso de que se rebasen los LMP que marca
la NOM-001-SEMARNAT-1996
RANGO DE POBLACIÓN
FECHA LIMITE
30 de junio de 1997
31 de diciembre de 1998
Tabla 8.8 Plazos establecidos para que los responsables de las descargas no municipales
presenten programas de acciones u obras en caso de que se rebasen los LMP que marca
la NOM-001-SEMARNAT-1996
DBO5 y/o SST, t/d
Mayor de 3.0
De 1.2 a 3.0
Menor de 1.2
FECHA LIMITE
30 de junio de 1997
Tabla 8.9 Frecuencia de muestreos y presentación de reportes para descargas de tipo
municipal establecida en la NOM-001-SEMARNAT-1996
RANGO DE POBLACIÓN
FRECUENCIA DE
MUESTREO Y ANÁLISIS
MENSUAL
TRIMESTRAL
SEMESTRAL
FRECUENCIA DE
REPORTE
TRIMESTRAL
SEMESTRAL
ANUAL
Tabla 8.10 Frecuencia de muestreos y presentación de reportes para descargas de tipo no
municipal establecida en la NOM-001-SEMARNAT-1996
DBO5
t/d
Mayor de 3.0
De 1.2 a 3.0
Menor de 1.2
SST
t/d
Mayor de 3.0
De 1.2 a 3.0
Menor de 1.2
FRECUENCIA DE
MUESTREO Y ANÁLISIS
MENSUAL
TRIMESTRAL
SEMESTRAL
FRECUENCIA DE
REPORTE
TRIMESTRAL
SEMESTRAL
ANNUAL
237
En situaciones que justifiquen un mayor control de la descargas, como protección de
fuentes de abastecimiento por consumo humano, emergencias hidroecológicas o procesos
productivos fuera de control, la CNA podrá modificar la periodicidad de muestreos y
reportes. Los registros del monitoreo deberán mantenerse para su consulta por un periodo
de tres años posteriores a su realización.
En el punto 9 de “Especificaciones” de la NOM-001-SEMARNAT-1996 se establece que el
responsable de la descarga estará exento de realizar el análisis de alguno o varios de los
parámetros que se señalan en esta norma, cuando demuestre que por las características
del proceso productivo o el uso que la da al agua, no genera o concentra los
contaminantes a exentar, manifestando ante la CNA, por escrito y bajo protesta de decir
verdad.
La autoridad podrá verificar la veracidad de lo manifestado por el usuario. En caso de
falsedad, el responsable quedara sujeto a lo dispuesto en los ordenamientos legales
aplicables.
La norma especifica también que en el caso de que el agua de abastecimiento registre
alguna concentración promedio mensual de los parámetros referidos en las tablas 8.3 y
8.4, así como del pH y de los parámetros microbiológicos, la suma de esta concentración al
LMP promedio mensual, es el valor que el responsable de la descarga esta obligado a
cumplir, siempre y cuando lo notifique por escrito a la CNA (punto 10 de
“Especificaciones”).
El punto 11 de “Especificaciones” de la NOM-001-SEMARNAT-1996 se refiere al caso de
sistemas de drenaje y alcantarillado combinadas, estableciendo que cuando se presentan
aguas pluviales en estos sistemas, el responsable de la descarga tiene la obligación de
operar su planta de tratamiento y cumplir con los LMP de la NOM, o en su caso con sus
CPD y podrá a través de una obra de desvío derivar el caudal excedente. El responsable
de la descarga tiene la obligación de reportar a la CNA el caudal derivado.
Si como consecuencia de implementar un programa de uso eficiente y/o reciclaje del agua
en los procesos productivos, los contaminantes se concentran en la descarga, y debido a
esto se rebasan los límites máximos permisibles, el responsable de la descarga debe
solicitar ante CNA se analice el caso para que se le fijen CPD.
En la tabla 8.11 se presenta una comparación de los niveles de las restricciones que
establecía la normativa 1993-1996 y la actual para aguas residuales municipales. Lo
avanzado de la normativa actual es que la calidad requerida de las descargas depende del
tipo y del uso de los cuerpos receptores.
Referente al control de parámetros, la NOM-001-SEMARNAT-1996 excluyó el control de
DQO y SAAM, pero incorporó el control de N y P para algunos tipos de cuerpos receptores.
Se observa que para ríos donde aplica el criterio de protección de la vida acuática y para
embalses de uso público - urbano los valores de los LMP para SST y DBO5 son más bajos
que los que se planteaban en la normativa anterior. En este caso se restringe también el
contenido del N y del P en las descargas.
Para ríos de uso público urbano, para embalses de uso en riego agrícola, para aguas
costeras en su categoría de estuarios y para uso recreativo, así como para los humedales
238
naturales, se establecieron restricciones similares, ligeramente mas laxos, que las que
planteaba la normativa anterior.
En el caso de ríos de uso público urbano y para embalses de uso en riego agrícola, se
incorporó el control de N y P, pero a niveles tan altos que realmente no implica control de
estos elementos para la mayoría de las descargas. En el caso de humedales y aguas
costeras para recreación no se incorporó el control de N y P, pero sí para estuarios.
La NOM-001-SEMARNAT-1996 establece valores de los LMP para SST y DBO5 tres veces
mayores que los de la normativa anterior para ríos de uso en riego agrícola y para aguas
costeras de explotación pesquera, navegación y otros usos. Conociendo que más de 70%
de los ríos en el país tienen precisamente el uso en riego agrícola, se puede concluir que la
normativa actual es mas laxa que la anterior en cuestión de control de contaminación por
sólidos, materia orgánica y detergentes.
Sabiendo, además, que la mayor parte de los ríos no tienen alta capacidad de dilución y
autopurificación, es más, en la mayor parte del año el único agua que los alimenta es el
agua de las descargas de aguas residuales, se puede concluir también que estos ríos se
convertirán en canales de aguas residuales de relativamente baja carga, de 150-200 mg/l
de SST y DBO5.
239
Tabla 8.11 Comparación de los niveles de los LMP de la normativa 1993-1996 y la NOM actual, referente a las descargas de
aguas residuales a cuerpos receptores
PARÁMETROS
(mg/l, excepto
cuando se
especifique)
NOM-CCA067ECOL/1993
SST
50-100
DBO5
50-100
DQO
Grasas y Aceites
100-20
10-20
SAAM
Nitrógeno Total
5
-
Fósforo Total
-
Col. Fecales,
NMP/100 ml
-
240
EMBALSES
NATURALES Y
ARTIFICIALES
RÍOS
Uso en
Uso
riego
público
agrícola
urbano (B)
(A)
150
75
125
200
150
75
150
200
15
15
25
25
40
40
60
60
20
20
30
30
1,000-2,000
Protección
Uso en
Uso
vida
riego
público
acuática (C) agrícola (B) urbano (C)
40
60
30
60
15
25
15
25
5
10
75
125
75
150
15
25
40
60
20
30
40
60
30
60
15
25
15
25
5
10
AGUAS COSTERAS
Explotación
pesquera,
navegación y
otros usos (A)
150
200
150
200
15
25
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
HUMEDADES
NATURALES
Recreación Estuarios
(B)
(B)
75
125
75
150
15
25
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
75
125
75
150
15
25
15
25
5
10
(B)
75
125
75
150
15
25
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
Referente al reúso del agua residual tratada para riego agrícola, en la nueva norma se
amplio el rango de pH permisible, ya no se controla el contenido de los SST en el agua, ni
el contenido de la materia orgánica. Se excluyeron del control el Boro, el Fierro, el
Aluminio, el Selenio, el Manganeso y los Fluoruros. Se incorporó el control del contenido
de Hg.
Con respecto al control microbiológico la normativa anterior planteaba las restricciones con
respecto a Coliformes Fecales y Huevos de Helmintos dependiendo del tipo de cultivos que
se someten al riego, teniéndose 4 tipos de cultivos. La NOM-001-SEMARNAT-1996
estableció el nivel de las restricciones para los Coliformes Fecales a 2,000 NMP/100 ml
como P.D. y a 1,000NMP/100 ml como P.M. Para los Huevos de Helmintos se definen dos
categorías: riego restringido (todo, menos legumbres y verduras que se comen crudas) con
LMP de 5 H.H. y riego no restringido (todo) con LMP de 1 H.H.
Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de
aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal.
La norma que establecía los límites máximos permisibles de contaminantes en las
descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado durante el periodo 19931997, fue la NOM-031-ECOL-1993. Debido a “obstáculos de carácter técnico” en su
aplicación, esta fue sometida a análisis por parte del INE, en coordinación con la CNA, con
autoridades locales y con los diversos sectores involucrados en su cumplimiento,
llegándose a la conclusión de que “era necesario reformular la norma, tomando en
consideración puntos de vista socio-económicos, la infraestructura existente de los
sistemas de alcantarillado, la determinación de parámetros prioritarios, el tamaño de
poblaciones y la compatibilidad con otras normas en la materia, y que las disposiciones
establecidas sean operativas y su cumplimiento sea gradual y progresivo” (DOF, 9 de
enero de 1997).
El proyecto de la nueva norma, NOM-002-SEMARNAT-1996 fue publicado en el DOF el 9
de enero de 1997 a fin de que los interesados en un plazo de 90 días presenten sus
comentarios al Comité Consultivo Nacional de Normalización. Los comentarios fueron
analizados y se realizaron algunas modificaciones al proyecto de la norma.
La NOM-002-SEMARNAT-1996 quedó finalmente aprobada como norma oficial en la
sesión de fecha 9 de diciembre de 1997. Las respuestas a los comentarios se publicaron
en el DOF el 3 de abril de 1998, poco mas tarde se publicó y la NOM-002SEMARNAT1996, el 3 de junio de 1998, desde cuando esta norma entró en vigor y abrogó la anterior
NOM-CCA-031-ECOL/1993.
El punto 1 de “Especificaciones” establece los límites máximos permisibles para
contaminantes de las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado
urbano o municipal (Tabla 8.12). Para las grasas y aceites es el promedio ponderado en
función del caudal, resultante de los análisis practicados a cada una de las muestras
simples.
241
Los límites máximos permisibles establecidos en la columna instantáneo, son únicamente
valores de referencia, en el caso de que el valor de cualquier análisis exceda el
instantáneo, el responsable de la descarga queda obligado a presentar a la autoridad
competente en el tiempo y forma que establezcan los ordenamientos legales locales, los
promedios diario y mensual, así como los resultados de laboratorio de los análisis que los
respaldan.
Tabla 8.12 Límites máximos permisibles para contaminantes según NOM-002SEMARNAT-1996
PARÁMETROS
(mg/l, excepto cuando se PROMEDIO MENSUAL
especifique otra)
Grasas y Aceites
50
5
(mililitros por litro)
Arsénico total
0.5
Cádmio total
0.5
Cianuro total
1
Cobre total
10
Cromo hexavalente
0.5
Mercurio total
0.01
Niquel total
4
Plomo total
1
Zinc total
6
PROMEDIO DIARIO
INSTANTANEO
75
100
7.5
10
0.75
0.75
1.5
15
0.75
0.015
6
1.5
9
1
1
2
20
1
0.02
8
2
12
Los puntos 3, 4 y 5 de “Especificaciones” se refieren a las restricciones con respecto al pH,
la temperatura y la materia flotante:
•
El rango permisible de pH en las descargas de aguas residuales es de 10 a 5.5
unidades, determinando para cada una de las muestras simples. Las unidades de
pH no deberán estar fuera del intervalo permisible, en ninguna de las muestras
simples.
•
El límite máximo permisible de la temperatura es de 40°C, medida en forma
instantánea a cada una de las muestras simples. Se permitirá descargar con
temperaturas mayores, siempre y cuando se demuestre a la autoridad competente
por medio de un estudio sustentado, que no daña al sistema del mismo.
•
La materia flotante debe estar ausente en las descargas de aguas residuales. Este
parámetro se determina de acuerdo al método de prueba establecido en la Norma
Mexicana NMX-AA-006.
En los puntos 6 y 7 de “Especificaciones” se establece que los límites máximos permisibles
para los parámetros demanda bioquímica de oxígeno y sólidos suspendidos totales, que
debe cumplir el responsable de la descarga a los sistemas de alcantarillado urbano o
municipal, son los establecidos en la NOM-001-SEMARNAT-1996 (tabla 8.3) o a las
condiciones particulares de descarga que corresponde cumplir a la descarga municipal.
El responsable de una descarga que no de cumplimiento a lo anterior, podrá optar por
remover la demanda bioquímica de oxígeno y sólidos suspendidos totales, mediante el
tratamiento conjunto de las aguas residuales en la planta municipal, para lo cual deberá de:
242
a) Presentar a la autoridad competente un estudio de viabilidad que asegure que no se
generará un perjuicio al sistema de alcantarillado urbano o municipal.
b) Sufragar los costos de inversión, cuando así se requiera, así como los de operación
y mantenimiento que le correspondan de acuerdo con su caudal y carga
contaminante de conformidad con los ordenamientos jurídicos locales aplicables.
El punto 8 de “Especificaciones” prohíbe descargar o depositar en los sistemas de
alcantarillado urbano o municipal, materiales o residuos considerados peligrosos, conforme
a la regulación vigente en la materia.
A continuación se establece que la autoridad competente podrá fijar condiciones
particulares de descarga a los responsables de las descargas de aguas residuales a los
sistemas de alcantarillado, de manera individual o colectiva, donde se especificaran:
•
•
Nuevos límites máximos permisibles de descarga de contaminantes.
Límites máximos permisibles para parámetros adicionales no contemplados en esta
Norma. Dicha acción deberá estar justificada por medio de un estudio técnicamente
sustentado, presentado por la autoridad competente o por los responsables de la
descarga.
El punto 10 de “Especificaciones se refiere a la frecuencia de muestreo de las descargas.
Los valores de los parámetros en las descargas de aguas residuales a los sistemas de
alcantarillado urbano o municipal, se obtendrán de análisis de muestras compuestas, que
resulten de la mezcla de las muestras simples, tomadas estas en volúmenes
proporcionales al caudal medido en el sitio y en el momento del muestreo (Tabla 8.13).
Tabla 8.13 Frecuencia de muestreo de las descargas al alcantarillado según NOM-002SEMARNAT-1996
HORAS POR DÍA QUE OPERA EL
PROCESO GENERADOR DE LA
DESCARGA
NÚMERO DE
MUESTRAS
SIMPLES
Menor que 4
De 4 a 8
Mayor que 8 y hasta 12
Mínimo 2
4
4
6
6
INTERVALO MÁXIMO ENTRE TOMA DE
MUESTRAS SIMPLES (HORAS)
MÍNIMO
1
2
2
3
MÁXIMO
2
3
3
4
Para conformar la muestra compuesta, el volumen de cada una de las muestras simples
debe ser proporcional al caudal de la descarga en el momento de su toma y se determina
mediante la siguiente ecuación:
VMSi = VMC ×
Qi
Qt
Donde:
VMSi = volumen de cada una de las muestras simples “i”, litros.
VMC = volumen de la muestra compuesta necesario para realizar la totalidad de los
análisis de laboratorio requeridos, litros.
243
Qi = caudal medido en la descarga en el momento de tomar la muestra simple, litros por
segundo.
Qt = E Qi hasta Qn, litros por segundo.
En el caso de que el periodo de operación del proceso o realización de la actividad
generadora de la descarga, esta no se presente en forma continua, el responsable de
dicha descarga deberá presentar a consideración de la autoridad competente la
información en la que se describa su régimen de operación y el programa de muestreo
para la medición de los contaminantes.
El cumplimiento de la NOM-002-SEMARNAT-1996 es gradual y progresivo, conforme al
rango de población, tomando como referencia el XI Censo General de población y
Vivienda, 1990. En el punto 11 de las “Especificaciones” se establecen las fechas de
cumplimiento de los LMP de esta norma (Tabla 8.14).
Tabla 8.14 Fechas de cumplimiento de los LMP que establece la
NOM-002-SEMARNAT-1996
FECHA DE CUMPLIMIENTO A PARTIR DE:
1 de enero de 1999
1 de enero de 2004
1 de enero de 2009
RANGO DE POBLACIÓN:
Estas fechas de cumplimiento pueden ser modificadas por la autoridad competente,
cuando:
a) El sistema de alcantarillado urbano o municipal cuente con una o varias plantas de
tratamiento en operación y la o las descargas causen efectos nocivos a la misma, el
responsable de la descarga queda obligado a presentar a la autoridad competente,
en un plazo no mayor de 180 (ciento ochenta) días a partir de la fecha de
publicación de esta Norma, un programa de acciones en el cual se establezca en
tiempo y forma el cumplimiento de esta Norma Oficial Mexicana.
b) La autoridad competente, previo a la publicación de esta Norma, haya suscrito
formalmente compromisos financieros y contractuales para construir y operar la o
las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales
c) La Comisión Nacional del Agua oficialmente establezca emergencias
hidroecológicas o prioridades en materia de saneamiento, y en consecuencia se
modifique la fecha de cumplimiento establecida en la Norma Oficial Mexicana NOM001-SEMARNAT-1996, referida en el punto 2 de esta Norma, para su descarga
correspondiente.
d) Exista previo a la publicación de esta Norma, reglamentación local que establezca
fechas de cumplimiento para los responsables de las descargas a los sistemas de
alcantarillado urbano o municipal.
Cuando la autoridad competente determine modificar las fechas de cumplimiento, deberá
notificarlo a los responsables de las descargas residuales a los sistemas de alcantarillado
urbano o municipal, conforme a los procedimientos legales locales correspondientes.
244
A continuación, se presentan algunas disposiciones reglamentarias que establece el
capitulo de “Especificaciones” de la NOM-002-SEMARNAT-1996:
•
Los responsables de las descargas tienen la obligación de realizar los análisis
técnicos de las descargas de aguas residuales, con la finalidad de determinar el
promedio diario o el promedio mensual, analizando los parámetros señalados en la
tabla 8.12. Asimismo, deben conservar sus registros de análisis técnicos por lo
menos durante tres años posteriores a la toma de muestras.
•
El responsable de la descarga podrá quedar exento de realizar el análisis de alguno
o varios de los parámetros que se señalan en esta Norma, cuando se demuestre a
la autoridad competente que, por las características del proceso productivo,
actividades que desarrolla o el uso que le de al agua, no genera o concentra los
contaminantes a exentar, manifestándolo ante la autoridad competente, por escrito y
bajo protesta de decir verdad.
La autoridad competente podrá verificar la veracidad de lo manifestado por el responsable.
En caso de falsedad, el responsable quedará sujeto a lo dispuesto en los ordenamientos
legales aplicables.
•
El responsable de la descarga, en los términos que lo establezca la legislación local,
queda obligado a informar a la autoridad competente, de cualquier cambio en sus
procesos productivos o actividades, cuando con ello modifique la calidad o el
volumen del agua residual que le fueron autorizados en el permiso de descarga
correspondiente.
•
El responsable de la descarga de aguas residuales que, como consecuencia de
implantar o haber implantado un programa de uso eficiente y/o reciclaje del agua en
sus procesos productivos, concentre los contaminantes en su descarga, y en
consecuencia rebase los límites máximos permisibles establecidos en la presente
Norma, deberá solicitar ante la autoridad competente se analice su caso particular, a
fin de que esta le fije condiciones particulares de descarga.
•
En el caso de que el agua de abastecimiento registre alguna concentración
promedio diario mensual de los parámetros referidos en la tabla 8.13, la suma de
esta concentración al límite máximo permisible correspondiente, es el valor que el
responsable de la descarga esta obligado a cumplir, siempre y cuando lo demuestre
y notifique por escrito a la autoridad competente.
Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas
residuales tratadas que se reúsen en servicios al público.
La NOM-003-SEMARNAT-1997 es una norma nueva. El proyecto de esta norma fue
publicado en el DOF el 14 de enero de 1998, a fin de que los interesados presenten sus
comentarios, como lo establece la fracción I del artículo 47 de la Ley Federal sobre
Metrología y Normalización.
245
Los comentarios fueron analizados en el seno del Comité Consultivo Nacional de
Normalización para la protección Ambiental, realizándose modificaciones procedentes a la
norma y el 14 de agosto de 1998, las respuestas y los comentarios fueron publicados en el
DOF.
Habiéndose cumplido el procedimiento de elaboración de normas oficiales mexicanas, el
citado Comité aprobó la NOM-003-SEMARNAT-1997 el 22 de abril de 1998 y esta fue
publicada en el DOF el 21 de septiembre de 1998, fecha desde cuando entró en vigor.
Dentro de las definiciones de conceptos que maneja esta norma, los relacionados con las
formas de reúso son los que a continuación se presentan:
Lago artificial recreativo. Vaso de formación artificial alimentado con aguas residuales
tratadas con acceso al público para paseos en lancha, prácticas de remo y canotaje donde
el usuario no tenga contacto directo con el agua.
Lago artificial no recreativo. Vaso de formación artificial alimentado con aguas residuales
tratadas que sirve únicamente de ornato, como lagos en campos de golf y parques a los
que no tiene acceso el público.
Reúso en servicios al público con contacto directo. Es el que se destina a actividades
donde el público usuario este expuesto directamente o en contacto físico. En lo que
corresponde a esta NOM se consideran los siguientes reúsos: llenado de lagos y canales
artificiales recreativos con paseos en lancha, remo, canotaje y esquí; fuentes de ornato,
lavado de vehículos, riego de parques y jardines.
Servicios al público con contacto indirecto u ocasional. Es el que se destina a
actividades donde el público en general este expuesto indirectamente o en contacto físico
incidental con ella y que su acceso es restringido, ya sea por barreras físicas o personal de
vigilancia.
En lo que corresponde a esta NOM se consideran los siguientes reúsos: riego de jardines y
camellones de autopistas; camellones en avenidas; fuentes de ornato, campos de golf,
abastecimiento de hidrantes de sistemas contra incendio, lagos artificiales no recreativos,
barreras hidráulicas de seguridad y panteones.
En el punto 1 de “Especificaciones” de la NOM-003-SEMARNAT-1997 se presentan los
límites máximos permisibles de contaminantes en aguas residuales tratadas destinadas
para servicios al público con contacto directo y para servicios con contacto indirecto u
ocasional (Tabla 8.15).
Tabla 8.15 Límites máximos permisibles para contaminantes según NOM-003-ECOL-1997
TIPOS DE REUSO
SERVICIOS AL PUBLICO CON
CONTACTO DIRECTO
SERVICIOS AL PUBLICO CON
CONTACTO INDIRECTO U OCASIONAL
246
COLIFORMES
FECALES
NMP/100 ml
PROMEDIO MENSUAL
HUEVOS DE GRASAS Y
HELMINTO
ACEITES
(h/l)
m/l
DBO5
mg/l
SST/mg
/l
240
<1
15
20
20
1,000
<5
15
30
30
Al igual que en la norma anterior, se establece que la materia flotante debe estar ausente
en el agua residual tratada, y que la determinación de este parámetro se debe de realizar
de acuerdo al método de prueba establecido en la Norma Mexicana NMX-AA-006.
El control de metales y cianuros en las aguas residuales tratadas reusadas en servicios al
público, según el punto 3 de “Especificaciones” de la NOM-003-ECOL-1997, debe
realizarse considerando los LMP establecidos en la columna que corresponde a embalses
naturales y artificiales con uso en riego agrícola de la NOM-001-ECOL-1996 (Tabla 8.4).
Finalmente la NOM-003-ECOL-1997 reglamenta que las entidades públicas responsables
del tratamiento de las aguas residuales que reúsen en servicios al público, tienen la
obligación de realizar el monitoreo de las aguas tratadas en los términos de la presente
Norma Oficial Mexicana y de conservar al menos durante los últimos tres años los registros
de la información resultante del muestreo y análisis, al momento en que la información sea
requerida por la autoridad competente.
Con respecto al muestreo de las aguas tratadas para reúso, se establece que los
responsables del tratamiento y reúso de las aguas residuales tratadas, tienen la obligación
de realizar los muestreos de acuerdo con la NMX-AA-003. La periodicidad y número de
muestras será:
•
Para los coliformes fecales, materia flotante, demanda bioquímica de oxigeno,
sólidos suspendidos totales y grasas y aceites, al menos 4 (cuatro) muestras
simples tomadas en días representativos mensualmente.
•
Para los huevos de helminto, al menos dos muestras compuestas tomadas en días
representativos mensualmente.
•
Para los metales pesados y cianuros, a las menos dos muestras simples tomadas
en días representativos anualmente.
En el capítulo “métodos de prueba” de la NOM-003-SEMARNAT-1997, se establece que
para determinar coliformes fecales, el responsable del tratamiento y reúso del agua
residual podrá realizar los análisis de laboratorio de acuerdo con la NMX-AA-102-1987
(Detección y enumeración de organismos coliformes, organismos coliformes
termotolerantes y Escherichia coli presuntiva por el método de filtración en membrana),
siempre y cuando demuestre a la autoridad competente que los resultados de las pruebas
guardan una estrecha correlación o son equivalentes a los obtenidos mediante el método
de tubos múltiples que se establece en la NMX-AA-42-1987.
El responsable del tratamiento y reúso del agua residual, puede solicitar a la Secretaria de
Medio Ambiente, Recursos Naturales y Pesca, la aprobación de métodos de prueba
alternos. En caso de aprobarse, estos pueden ser aplicados por otros responsables en
situaciones similares. Para la determinación de huevos de helminto se deben aplicar las
técnicas de análisis que se señalan en el anexo de esta Norma.
247
Como referencia y para fines comparativos, a continuación se presentan las directrices de
OMS con respecto a la calidad del agua tratada para reúso recreativo (Tabla 8.16) y para
reúsos municipales no potables tales como lavado de calles y coches, riego de áreas
verdes urbanas (Tabla 8.17).
Se observa que en la categoría “con contacto directo”, las restricciones de la NOM-003SEMARNAT-1997 con respecto a coliformes fecales, DBO5 y SST son similares a los
planteados por la OMS para reúso recreativo, sin embargo la NOM permite hasta 15 mg/l
de GyA, mientras que las directrices marcan la necesidad de remover completamente las
grasas y aceites, la NOM no considera los parámetros pH y Temperatura, ni Nitrógeno y
Fósforo, ni Olor y Color que si están incluidos en las recomendaciones de OMS.
Además, para reúso municipal no potable, con o sin contacto directo, las recomendaciones
de la OMS indican una calidad mas estricta, mientras que la NOM no hace la diferencia
entre reúso recreativo con contacto directo y reúso municipal con contacto directo.
Tabla 8.16 Directrices de OMS para reúso recreativo
PARAMETROS
Patógenos
Sustancias Tóxicas
pH
Olor y Color
Sólidos Sedimentables
Materia Flotante
GyA
SST
DBO5
DQO
Ntotal
Fosfatos
Temperatura
CON CONTACTO DIRECTO
Coliformes Fecales
< 200 NMP/100 ml
Ausente
7.4 (6-9)
Ausente
Ausente
Ausente
Ausente
<20
<20
<30
Ausente
0.2
15-35 °C
SIN CONTACTO DIRECTO PROLONGADO
Coliformes Totales
< 5,000 NMP/100 ml
Ausente
6-9
Ausente
Ausente
Ausente
Ausente
<30
<30
<60
-
Tabla 8.17 Directrices de OMS para reúsos municipales no potables (lavado de calles y
coches, riego de áreas verdes urbanas)
PARAMETROS
Patógenos
CON Y SIN CONTACTO DIRECTO
Coliformes Fecales
<2.2 NMP/100 ml
SST
<15 mg/l
DBO5
<20 mg/l
GyA
Ausente
SDT
1,200 mg/l*
* = puede ser mas estricto, dependiendo del Pasto.
Otros parámetros = F-, SO42-, Cl-, Cu, Al, As, Zn, Pl etc.
En la Tabla 8.18 se presentan las restricciones con respecto a la calidad del agua residual
tratada para reúso recreativo. Se observa que la normativa es mucho más estricta, tanto en
el aspecto físico-químico, como en el microbiológico para el reúso con y sin contacto
directo.
248
Aquí se introduce una nueva categoría de reúso recreativo, contacto no permitido. La
calidad del agua que se plantea para este último coincide con la NOM-003-SEMARNAT1997, a excepción de que están incluidos además los parámetros pH y Cloro Residual. En
EUA la calidad que se exige para reúso municipal coincide con la de reúso recreativo con y
sin contacto directo.
Como se puede ver de la tabla 8.18, las restricciones son muy estrictas, plantean la
completa ausencia de coliformes fecales, e incluyen el control de los parámetros pH,
Turbiedad y Cloro Residual.
Tabla 8.18 Normativa de EUA para uso recreativo (incluye con y sin contacto directo) y uso
recreativo en áreas donde el contacto con el agua no se permite
PARAMETROS
Patógenos
pH
SST
DBO5
Turbiedad
Cloro Residual
CON Y SIN CONTACTO DIRECTO
Coliformes Fecales
No Detectables
6-9
<10 mg/l
<2 UTN
1 mg/l
CONTACTO NO PERMITIDO
Coliformes Fecales
< 200 NMP/100 ml
6-9
<30 mg/l
<30 mg/l
1 mg/l
Además de las tres NOM actualmente vigentes que constituyen la base técnica normativa
para el manejo del agua residual en México, están en proyecto dos nuevas normas, una
referente al manejo del lodo residual y otra referente a la disposición de aguas en el
subsuelo. La aprobación de estas normas complementará el control normativo de la
contaminación por aguas y lodos residuales.
En el anexo de esta ponencia se presenta la técnica para la determinación y cuantificación
de huevos de helminto según la NOM-003-SEMARNAT-1997.
NOM-004-SEMARNAT-2002. Publicada en el Diario Oficial de la Federación del 15 de
agosto de 2003.
Esta Norma se refiere a lodos y biosólidos con sus especificaciones y límites máximos
permisibles de contaminantes para su aprovechamiento o disposición final.
249
250
9
HIGIENE Y SEGURIDAD
Al término del tema, el participante comprenderá las
diferentes acciones que deben llevarse a cabo para
implementar medidas de seguridad e higiene en una
planta de tratamiento de lodos activados.
En EUA, la frecuencia de lesiones (incapacitación por lesiones por millón de horas-hombre
trabajados) en empleados de plantas de tratamiento de aguas residuales es
sustancialmente mayor que para trabajadores de otras industrias. En México ocurre algo
similar, aunque no se tienen estadísticas relacionadas con plantas de tratamiento.
El riesgo a enfermedades, principalmente la hepatitis, siempre se ha relacionado con
plantas de tratamiento de aguas residuales. Las lesiones y enfermedades llevan a
padecimientos y pérdidas de los recursos humanos. Además se tiene un impacto negativo
en la eficiencia de la planta, la moral de los empleados las relaciones públicas, y finalmente
una incidencia en los costos.
La dirección efectiva de las plantas de tratamiento reflejan la excelencia en operación,
incluyendo aspectos de higiene y seguridad. La higiene y seguridad se deben iniciar y
mantener para prevenir enfermedades y accidentes en la planta. Los directivos necesitan
mostrar interés en el establecimiento de programas de control de accidentes, incluyendo
prevención de emergencias y de enfermedades ocupacionales.
Programas
La mayor parte de los programas de higiene y seguridad para plantas de tratamiento de
aguas residuales contienen tres elementos:
•
•
•
Políticas por escrito de higiene y seguridad
Comités de higiene y seguridad
Capacitación en higiene y seguridad
Un buen programa proporcionará primeros auxilios y servicios médicos, además de un
manual con información sobre prevención de accidentes y lesiones.
La principal función del Comité de Higiene y Seguridad es la promoción del programa.
Algunas otras actividades son:
•
•
•
•
Realizar inspecciones
Proporcionar y sugerir capacitación
Conducir investigaciones de accidentes y lesiones
Desarrollo del manual de higiene y seguridad
251
La capacitación es importante y sirve de medida preventiva contra accidentes y
enfermedades, un programa de capacitación incluirá:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Peligros en las plantas de aguas residuales
Higiene y salud industrial para el personal
Equipos de protección, incluyendo protección respiratoria
Manejo y almacenamiento de materiales
Uso seguro de herramientas y equipos
Protección y control de incendios
Primeros auxilios, incluyendo respiración artificial
Mantenimiento industrial
Reporte de accidentes y enfermedades
Investigación de accidentes y enfermedades
Seguridad en instalaciones eléctricas
Procedimientos de entrada a espacios confinados y rescate
Planeación de emergencias
Medidas de higiene
Los trabajadores relacionados con el manejo de aguas residuales y Iodos generados en los
procesos de tratamiento, están expuestos al contacto con microorganismos, por lo que su
riesgo de contraer enfermedades infecciosas es alto; las siguientes enfermedades son
comunes para quienes trabajan en plantas de tratamiento:
•
•
•
•
•
Hepatitis A infecciosa
Infecciones virales
Infestación de parásitos
Enfermedades gastrointestinales
Anormalidades en fosas nasales, oídos y piel por infecciones
La mejor defensa contra infecciones virales y bacterianas es la observación de prácticas de
higiene personal. A continuación se dan algunas recomendaciones para personas que
trabajan cerca de aguas residuales o Iodos.
252
•
Mantener manos y dedos lejos de la nariz, boca, ojos y oídos.
•
Usar guantes de hule cuando se limpian bombas o equipos, se maneje agua
residual, rejillas, Iodos o arena, u otras tareas que involucren contacto directo con
las aguas residuales o Iodos.
•
Usar guantes siempre que se tenga una lesión en las manos, como quemadura,
cortada, raspón, etc. para evitar el contacto directo de microorganismos con el
torrente sanguíneo.
•
Lavarse las manos con jabón, preferentemente con agua caliente, antes de comer o
fumar y después de terminar los trabajos.
•
Mantener las uñas cortas y remover los materiales extraños que se introduzcan en
las mismas.
•
Se recomienda el uso de dos gavetas por trabajador; una para guardar ropa de calle
y limpia y para la ropa de trabajo.
•
Informar cualquier lesión por pequeña que sea incluyendo raspones para que se
apliquen los primeros auxilios.
•
Bañarse al finalizar su turno de trabajo.
Para asegurar la máxima protección a la salud, los empleados deben recibir vacunación
contra:
•
•
•
•
•
•
•
•
Hepatitis A
Hepatitis B
Influenza
Sarampión
Paperas
Neumonía
Rubéola
Tétanos y difteria
Sustancias peligrosas
Se requiere desarrollar un programa de identificación manejo y control de sustancias
peligrosas como son los productos químicos. Se debe conocer su peligro potencial y su
manejo adecuado para tomar las precauciones necesarias.
Las prácticas recomendadas para los trabajadores que manejan este tipo de sustancias, a
fin de salvaguardar su integridad física son:
•
Uso de equipos de protección.
•
Procedimientos adecuados en el mantenimiento y almacenamiento de sustancias
peligrosas.
•
Uso de aspiradoras y equipos de limpieza para el área de almacenamiento y lugares
de trabajo.
•
Áreas prohibidas para fumar en lugares donde se manejen sustancias inflamables y
explosivas.
•
Separación de áreas de baños y comedores, de áreas de almacenamiento.
•
Uso de etiquetas en los recipientes que incluyan información de su manejo, y
primeros auxilios.
•
Colocación de señales de precaución y alerta para los trabajadores.
253
•
Carteles con instrucciones de emergencia en lugares críticos.
•
Acciones para emergencias, como incendios, derrames y fugas, acompañadas de
instrucciones para primeros auxilios.
•
Capacitación para uso y manejo de sustancias peligrosas.
Espacios confinados
Un espacio confinado es un área accesible, con cualquiera de las siguientes
características: accesos limitados para entrar y salir; ventilación natural desfavorable;
espacio escaso para trabajadores. La mayor parte de las muertes, lesiones y
enfermedades se presentan en espacios confinados y por exposiciones a gases tóxicos o
deficiencias de oxígeno en la atmósfera.
Los peligros que puede tener un trabajador en espacios confinados son:
•
•
•
•
•
•
•
•
Deficiencia de oxígeno en la atmósfera
Atmósfera inflamable
Atmósfera tóxica
Temperaturas extremas
Derrumbe de materiales
Ruidos amplificados
Resbalones por pisos húmedos
Caída de objetos
Las precauciones que se deben observar en estos espacios incluyen:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Pruebas y monitoreo de los gases en la atmósfera del espacio confinado
Ventilación continua general o local con ventiladores manuales
Equipos de protección personal, principalmente para respiración
Señales y etiquetas de precaución y de peligro
Capacitación del personal que trabaja en espacios confinados
Revisión médica periódica
Autorizaciones para entrar a espacios confinados
Aislamiento de espacios confinados
Personal capacitado en diferentes partes de la planta
Procedimientos por escrito para trabajar, y poder realizar actividades de rescate
Equipos de respiración disponibles
Medidas de protección
Deben ser consideradas desde el diseño de las instalaciones; en forma resumida las más
importantes son:
•
254
Cercado de la planta de tratamiento o de unidades donde el público no debe tener
acceso.
•
Facilidades de estacionamiento y andadores que lleven a las oficinas de la planta.
•
Áreas de almacenamiento fuera del alcance de personal extraño.
•
Iluminación adecuada al trabajo que se desarrolle.
•
Ventilación para prevenir ambientes explosivos.
•
Protección contra incendios tanto de oficinas como de almacenes, sala de
sopladores, sala de cloración, etc.
•
Agua potable suficiente para las actividades normales de la planta, incluyendo
abastecimiento a laboratorios, baños, regaderas, etc.
•
Cercas de protección y señales de alerta en instalaciones eléctricas.
•
Implantación de medidas de seguridad en el laboratorio.
Se hará mención de algunas actividades que se consideran peligrosas, para las cuales
deben seguirse procedimientos establecidos para que puedan llevarse a cabo:
•
Trabajos bajo la superficie, en alcantarillados, registros, estaciones de bombeo,
desarenadores, túneles, trincheras, tanques, etc.
•
Levantar objetos que por su forma, tamaño, peso, etc, pueden causar lesiones en la
espalda, o accidentes.
•
Uso de escaleras; las caídas en ellas son una de las principales causas de lesiones.
•
Trabajos en áreas de producción y manejo de instalaciones de gas.
255
1. ¿Por qué se deben iniciar y mantener medidas de seguridad e higiene en una planta de
tratamiento?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
2. Mencione por lo menos tres enfermedades que son comunes entre los trabajadores de
una planta de tratamiento.
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
3. ¿Cuál es la mejor defensa contra infecciones virales y bacterianas?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
4. Para una mejor protección, ¿contra qué se deben vacunar los trabajadores?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
256
10
MANEJO DE LODOS RESIDUALES
AUTOR: Esperanza Ramírez Camperos
Lina Cardoso Vigueros
Gabriella Moeller Chávez
• Conocerá los tipos y las características del lodo
residual, así como la normatividad vigente para su
uso o disposición.
• Comprenderá los métodos de espesamiento y las
diversas tecnologías que se pueden utilizar para la
estabilización de los lodos residuales para su uso
como biosólido.
Introducción
Los lodos residuales son el subproducto del tratamiento de las aguas residuales.
Tradicionalmente estos lodos, muchas veces sin tratamiento, se han descargado al drenaje
municipal, a las corrientes superficiales, almacenados a cielo abierto, y en rellenos
sanitarios, provocando contaminación por sus altos contenidos de materia orgánica,
patógenos, metales pesados y compuestos orgánicos tóxicos.
En México se requiere de tecnología para la disposición y aprovechamiento de los lodos, en
cuyo desarrollo y adaptación estén considerados los siguientes aspectos: bajo costo de
inversión, operación y mantenimiento; reducción del impacto al ambiente; eficiencia en la
reducción de contaminantes, y aprovechamiento de la materia orgánica y los nutrientes que
contienen estos desechos.
El aprovechamiento del lodo soluciona un problema de contaminación y convierte un
desecho peligroso en un recurso económico. Sin embargo, para lograr el reúso del lodo y su
introducción al mercado, se necesitan criterios y normas que controlen los riesgos
potenciales al medio ambiente. El Reglamento de la Ley de Aguas Nacionales establece en
su título décimo: infracciones, sanciones y recursos, en el artículo 119 que los lodos
residuales deberán manejarse de una manera ambientalmente aceptable. La NOM-004Semarnat-2002, determina la calidad de los lodos residuales para utilizarse como
biosólidos y la NOM-052-Semarnat-2005, define si son residuos peligrosos.
Existen varias opciones tecnológicas que pueden desarrollarse y posteriormente adaptarse
a las condiciones de cada país. Es importante señalar que se debe establecer una filosofía
en cuanto al tratamiento integral del agua residual - lodo, y el reúso de ambos.
257
10.1 Tipos y características de los lodos residuales
Los tipos y las características del lodo residual dependen tanto de la composición inicial del
agua residual, como de los sistemas usados para el tratamiento del agua residual y el lodo.
Diferentes procesos de tratamiento generan diferentes tipos y volúmenes de lodo. En una
planta de tratamiento en particular, las características de los lodos producidos pueden
variar anualmente, estacionalmente o diariamente debido a los cambios tanto de la
composición del agua residual como de los procesos de tratamiento. Esta variación es
mayor en los sistemas de tratamiento de aguas residuales que reciben una gran cantidad
de descargas industriales.
Las características del lodo influyen en las opciones de su uso y disposición. Así, cuando
se evalúan las alternativas de uso o disposición, se debe determinar inicialmente la
cantidad y características del lodo y el rango en que varía cada parámetro de interés.
Dependiendo del lugar donde se generan los lodos, dentro de la planta de tratamiento, se
pueden clasificar en: primarios, secundarios y terciarios, ver, tabla 10.1 y figura 10.1
Cribado
Sedimentador
primario
Sedimentador
secundario
Desinfección
Lodo primario
Reactor biológico
Lodo secundario
Lodo
secundario
Tratamiento de lodos
Figura 10.1 Tipos de lodo residual
Tabla 10.1 Tipos de lodo residual
Tipo de lodo
Lodo primario
Origen
Sedimentación primaria
Lodo secundario
Tratamiento biológico (lodos
activados, biofiltros y biodiscos)
Lodo terciario o de Sistemas
avanzados
tratamiento químico
Coagulación–floculación,
filtración, precipitación química
258
% Sólidos
3-7
0.5 – 2
Variable, hasta 50%
Características
Alto contenido de materia
orgánica
Constituído principalmente
por biomasa. Es difícil de
deshidratar
Variables, dependen del
proceso de tratamiento
aplicado
10.1.1 Características físicas
Las características físicas del lodo se deben conocer para su tratamiento posterior
especialmente para definir su capacidad de deshidratación y filtración, algunas de estas
características se muestran en la tabla 10.2.
El color de los lodos varía entre el pardo y el gris, y su olor es a menudo desagradable
puesto que se trata de productos fácilmente fermentables y existe un inicio de
descomposición.
Tabla 10.2 Características físicas del lodo
Parámetro
Gravedad
Específica
Definición
Relación de peso del material con respecto
a un volumen igual de agua
Sólidos totales Contenido total de sólidos en un lodo
(ST)
Sólidos Totales Representan la materia orgánica y los
Volátiles
compuestos que puedan evaporarse a una
(STV)
temperatura de 550ºC
Sólidos Totales
Fijos
(STF)
Sólidos
suspendidos
(SST)
Sólidos
Sedimentables
Resistencia
específica
Capacidad
calorífica
Representa el material remanente o cenizas
después de determinar los SV
Determinación
x
1
Wi
= ∑( )
S s n =1 Si
Ss
= Gravedad específica del lodo
Wi
= Fracción de peso del iésimo
componente del lodo.
Si
= Gravedad específica del
iésimo componente.
Secado de muestra a 103-105º C
Norma Mexicana NMX-AA-034
Evaporación a 550ºC de la muestra
que se ha secado previamente a
103ºC para determinar ST
Se determina por diferencia de peso
STF = ST –STV
Secado de muestra remanente en el
filtro a 103 - 105 º C
Materia en suspensión que existe en el líquido y
que se retiene en un filtro de fibra de vidrio1.58
µm. Estos sólidos también se clasifican en SSV
y SSF, cuando los SST se queman a a 550ºC
Sólidos que sedimentan fácilmente por gravedad Se determina en un cono Imhoff
y se expresan en mL/L
durante 30 minutos
Es la capacidad de filtración de los lodos a una Se determina al filtrar un muestra de
presión determinada y se expresa en m/kg. o en lodo a una presión determinada
seg2/g.
Capacidad de combustión de un lodo
Se determina por combustión de la
muestra
El agua contenida en un lodo puede considerarse que se encuentra en cuatro diferentes
formas:
•
•
•
•
Agua particulada o interna: que es el agua que se encuentra enlazada
químicamente en cada una de las partículas.
Agua capilar: que se adhiere a cada una de las partículas y que puede ser
eliminada si el lodo es compactado. (2%)
Agua de flóculo o de adhesión: que es englobada dentro de los flóculos. Puede
removerse por medios mecánicos. (20%)
Agua libre o intersticial: que no está adherida a los sólidos que componen al lodo
y que se elimina por sedimentación. (74%)
259
Esta clasificación se hizo efectuando experimentos para lodos activados, utilizando
técnicas de centrifugación. El agua libre fue determinada por una prueba de
sedimentación, obteniéndose un porcentaje aproximado de 74%. El agua de flóculo 20% y
el agua capilar 2%.
10.1.2 Características químicas
Las características químicas de un lodo pueden dividirse según el tipo de parámetro
analizado en inórganicas y orgánicas.
a) Parámetros inorgánicos
Los compuestos inorgánicos incluyen todas aquellas combinaciones de elementos que no
incluyen carbono orgánico. Los constituyentes inorgánicos incluyen básicamente arena,
arcilla y materia mineral en suspensión, metales y algunos otros elementos.
a.1) Contenido de metales pesados
La disposición no controlada del lodo, en basureros, rellenos sanitarios, o en cuerpos de
agua, produce un impacto ambiental negativo, ya que, los metales pesados penetran la
cadena alimenticia. Su presencia en grandes cantidades, en el suelo, causa fitotoxicidad
por metales tales como Zn, Cu o Ni, o absorción y acumulación de Cd, en tejidos animales
y vegetales.
a.2) Contenido de nutrimentos
Es de interés el utilizar el lodo como un mejorador de suelo, por lo que es muy importante
conocer el contenido de Nitrógeno, Fósforo y Potasio para determinar su valor como
fertilizantes. Las concentraciones típicas de estos elementos en lodos se muestran en la
tabla 10.3. El % de estos en el lodo, así como la fracción orgánica, es indicativo de su valor
como fertilizante. Sin embargo la aplicación del lodo al suelo debe controlarse. Una
aplicación no controlada de lodo en el suelo provoca un exceso de nitratos que son
percolados con los lixiviados al acuífero. Al hombre le afecta cuando ingiere agua con
exceso de estos compuestos. Los nitratos se acumulan en los tejidos vegetales,
principalmente en las hojas lo que provoca problemas en los animales que se alimentan
con ellas.
Tabla 10.3 Concentraciones típicas de nutrimentos en fertilizantes comerciales y lodos
estabilizados
Producto
Fertilizantes comerciales
Lodos biológicos estabilizados
Nitrógeno
5
3.3
Nutrientes (%)
Fósforo
10
2.3
Potasio
10
0.3
Los problemas potenciales que se presenta cuando se usa éste desecho son: exceso de
sales y alta cantidad de sodio. El primero reduce la germinación de las plantas y su
crecimiento. El segundo causa la dispersión de las partículas del suelo, lo que provoca un
empobrecimiento en su estructura y reduce los porcentajes de infiltración de agua. Desde
260
el punto de vista de salud humana un exceso de nitratos o sodio puede provocar
disfunciones cardiovasculares, hematológicas y neurológicas (PAHO, WHO y EHP, 1989).
b) Parámetros orgánicos
Los compuestos orgánicos son aquellos que contienen el elemento carbono en
combinación con uno o más diferentes elementos. La materia orgánica en los lodos es
generalmente de origen animal o vegetal, así como de microorganismos y sus productos
de desecho. Se encuentran presentes también en fibras de origen vegetal, grasas, aceites,
almidones, ligninas, etc.
b.1) Contenido de materia orgánica
El contenido de materia orgánica en un lodo usualmente se expresa utilizando los
siguientes parámetros: (ver capítulo 1)
•
•
•
Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)
Demanda química de oxígeno (DQO)
Carbono orgánico total (COT)
b.2) Contenido de tóxicos orgánicos
Muchos estudios han mostrado la presencia de compuestos tóxicos en el lodo. El peligro
potencial de estos compuestos es debido a que son poco solubles en agua; no se
degradan fácilmente en el suelo; tienen una alta afinidad por los lípidos, por lo tanto se
pueden acumular en los tejidos. Todos estos compuestos además de acumulables pueden
pasar a través de la cadena alimenticia. Son altamente tóxicos a los mamíferos, muchos de
ellos son carcinogénicos. Además la degradación natural de estos compuestos, el mismo
tratamiento de agua o lodo provoca el desarrollo de nuevos compuestos o metabolitos
muchas veces más tóxicos que el compuesto original. Existen dos grupos de compuestos
altamente tóxicos, los pesticidas organohalogenados y los hidrocarburos aromáticos
polinucleares. La aplicación de lodos al suelo con presencia de estos contaminantes puede
acarrear graves problemas a la salud y al medio ambiente.
10.1.3 Características microbiológicas
Las aguas residuales contienen una flora y una fauna variadas que posteriormente pasan a
formar parte de los lodos. El tratamiento biológico de las aguas residuales modifica su
composición biológica por la multiplicación de ciertas especies en detrimento de otras. El
tratamiento de las aguas residuales municipales genera lodos con altas concentraciones
de microorganismos patógenos los cuales deben eliminarse antes de su disposición final o
de su uso en suelo.
Los principales microorganismos que se encuentran en los lodos son:
Bacterias: las bacterias que se encuentran en los lodos pueden dividir en cuatro clases:
aerobias estrictas, aerobias facultativas, anaerobias facultativas y anaerobias estrictas. Su
presencia dependen del sistema de tratamiento utilizado y de los componentes del agua
residual.
261
Hongos: se trata esencialmente de las levaduras y los saprófitos que están normalmente
presentes en el aire; por lo general, no son patógenos para los animales o el hombre, con
excepción de algunos que pueden llegar a serlo cuando las condiciones son favorables.
Algas: no se encuentran en gran cantidad en los lodos primarios y secundarios; pero en los
sistemas de tratamiento lagunares, gran parte de los lodos están constituidos por detritus
de algas.
Macrofauna: también puede estar presente en los lodos la macrofauna formada por
gusanos, larvas de insectos, crustáceos, etc.
Microorganismos patógenos: los microorganismos patógenos se encuentran generalmente
en los lodos y en los efluentes; por lo tanto, es preciso tener cuidado de eliminarlos en
ambos casos. Los principales patógenos encontrados en lodos residuales pueden ser
divididos en cuatro grupos: bacterias, protozoos, helmintos y virus. Los procesos de
tratamiento reducen el número de los microorganismos mencionados, pero no en su
totalidad. Las concentraciones de éstos varían en el orden de 10 5 a 10 10 NMP/100mL. La
mayoría de ellos son formas unicelulares independientes capaces de llevar a cabo en
forma individual sus procesos de crecimiento, metabolismo y reproducción.
En los lodos existe una concentración elevada de microorganismos patógenos que
preocupan si los lodos no son estabilizados correctamente y cuando se intenta dar un
posterior uso al lodo, por ejemplo, como mejorador de suelo, donde existe un riesgo de
exposición de los humanos o animales a los microorganismos patógenos que contienen
estos lodos. No solamente existen bacterias, sino también levaduras, hongos, protozoarios,
crustáceo, parásitos, virus, etc. Como microorganismos indicadores de contaminación
biológica se consideran los coliformes totales y fecales.
Los niveles de densidad de microorganismos indicadores (coliformes totales y coliformes
fecales) en lodos primarios, secundarios y mezclados se presentan en la tabla 10.4
Tabla 10.4 Niveles de organismos indicadores (coliformes totales y coliformes fecales) en
lodos primarios, secundarios y mezclados
Tipos de lodo
Primarios
Secundarios
Mezclados
Coliformes totales
Coliformes fecales
(NMP/100ml)
(NMP/100ml)
1.2 X 108
2.0 X 107
7.0 X 108
8.3 X 106
9
1.1. X 10
1.1. X 105
FUENTE: Lue Hing (1992)
Bacterias patógenas
Dos bacterias son las de mayor importancia sanitaria en los lodos, las especies de
Salmonella y la bacteria patógena oportunista Pseudomona aeruginosa. Estas se
encuentran presentes en los lodos primarios en menores concentraciones que las
bacterias indicadoras. Los valores promedio de Salmonella y Pseudomona aeruginosa son
de 4.1 X 102 y 2.8 X 103 por gramo de sólido seco, respectivamente.
262
Protozoarios y parásitos
La identificación de protozoarios y parásitos en los lodos reviste gran importancia, ya que
se sabe que en México una de las primeras causas de mortalidad y morbilidad es debida a
enfermedades causadas por este tipo de organismos. Aproximadamente el 26 % de la
población esta afectada por Ascariasis, el 19.2 % por Uncinariasis, el 19 % por Giardiasis y
el 16 % por Amibiasis (Tay, 1976).
De acuerdo a las características que se describieron anteriormente se observa que el lodo
tiene características benéficas y también contiene contaminantes que en elevadas
concentraciones causa efectos a la salud, los cultivos agrícolas y el suelo. La tabla 10.5
presenta las características contaminantes de un lodo residual sin tratamiento.
Tabla 10.5 Características contaminantes de los lodos residuales
Características
Concentración
Poca estabilidad
Reducción de STV, menor de 38%
Conductividad eléctrica
2.96 – 12 mS/cm
Alta concentración de microorganismos indicadores y Coliformes fecales (10 5 - 107 NMP/g
parásitos
Huevos de helmino ( 0.83 – 3.83 HH/g)
Metales pesados
Cd 11- 54 ppm, Pb 42-3,375 ppm)
10.2 Normatividad sobre lodos residuales
Para seleccionar los métodos más apropiados para el tratamiento, reúso y disposición de
lodos se debe contar con una normatividad que controle el uso y disposición de estos
residuos. En México las principales normas vigentes relativas al manejo de lodos
residuales son:
•
•
Nom-052-SEMARNAT -2005.
Nom-004-SEMARNAT-2002
La NOM-052-SEMARNAT- 2005, comprende las pruebas CRETIB que ayudan a definir si
un residuo es peligroso o no. Los encargados del manejo de los lodos tienen que
demostrar que éstos no presentan ninguna de estas características.
•
•
•
•
•
•
Corrosividad.
Reactividad.
Explosividad.
Toxicidad.
Inflamabilidad.
Biológico infeccioso.
La NOM-004-SEMARNAT-2002 trata sobre lodos y biosólidos, especificaciones y límites
máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final. Los
generadores de biosólidos deben controlar la atracción de vectores, lo cual se logra con
una reducción de sólidos volátiles por lo menos de 38%, demostrando su efectividad para
lo cual se menciona en el Anexo I de dicha norma varias alternativas de tratamiento para
alcanzar este propósito.
263
También se establecen en esta norma los límites máximos permisibles de metales
pesados, patógenos y parásitos como se muestra en las tablas 10.6 y 10.7.
Tabla 10.6 Límites máximos permisibles para metales en biosólidos
Contaminantes
(determinados en forma total)
Arsénico
Cadmio
Cromo
Cobre
Plomo
Mercurio
Níquel
Zinc
Excelente
mg/kg de lodo en base seca
41
39
1,200
1,500
300
17
420
2,800
Bueno
mg/kg de lodo en base seca
75
85
3,000
4,300
840
57
420
7,500
Tabla 10.7 Límites máximos permisibles para patógenos y parásitos en lodos y biosólidos
Clase
A
B
C
Indicador bacteriológico
de contaminación
Coliformes Fecales
NMP/g en B.S.
< 1,000
< 1,000
< 2’000,000
Patógenos
Parásitos
Salmonella spp NMP/g
B.S.
<3
<3
< 300
Huevos de Helminto/g
B.S.
< 1 (a)
< de 10
< de 35
En esta misma norma se establecen los criterios para el aprovechamiento de los biosólidos
en función del tipo y clase del lodo residual, como se puede observar en la tabla 10.8.
Tabla 10.8 Aprovechamiento de biosólidos
Tipo
Clase
Excelente
A
Excelente o bueno
B
Excelente o bueno
C
Aprovechamiento
Usos urbanos con contacto público directo durante su aplicación.
Los establecidos para clase B y C
Usos urbanos sin contacto público directo durante su aplicación.
Los establecidos para la Clase C.
Usos forestales.
Mejoramiento de suelos.
Usos agrícolas.
Tratamientos para obtener lodos Clase A, B y C
Los tratamientos para obtener lodos de diferentes clases de acuerdo a su contenido
microbiológico se presentan en la figura 10.2.
264
L
O
D
O
R
E
S
I
D
U
A
L
CLASE A
Uso sin
restricciones
CLASE B y C
Uso restringido
Procesos Termofílicos
(T> 55°C)
Composteo
Digestión aerobia
Digestión anaerobia
Otros procesos:
Secado con calor (T> 80°C)
Pasteurización (T>70°C, 30 min.)
Irradiación con rayos Gamma
Irradiación con rayos Beta
Digestión aerobia
Secado al aire
Estabilización con cal.
Figura 10.2 Tratamientos para obtener lodos Clase A, B y C
10.3 Tratamiento de lodos residuales
Los procedimientos para tratar los lodos varían según la fuente y el tipo de aguas
residuales de las que se derivan, del proceso utilizado para tratar las aguas residuales y
del método último de disposición a la que se destinan los lodos.
Para algunos lodos, generalmente de origen industrial, la selección de un tratamiento
óptimo y una tecnología de disposición adecuada puede ser difícil, sin embargo pueden
emplearse varias estrategias para escoger la mejor solución al sistema. Las evaluaciones
experimentales, la legislación y las comparaciones económicas son necesarias para hacer
esta selección.
Los procesos físicos se utilizan para la reducción del volumen y peso del lodo, por medio
de la remoción del agua libre o ligada. En los procesos químicos, se adicionan reactivos
químicos al lodo y por medio de reacciones se realizan modificaciones en las propiedades
del lodo. Los procesos biológicos se utilizan para oxidar bioquímicamente la materia
orgánica contenida en el lodo, mientras que en los procesos térmicos se aplica energía
para desaguar, destruir o reducir la toxicidad de los lodos. La tabla 10.9 es una matriz de
selección de tecnología que puede orientar, en forma preliminar, la selección de la
tecnología apropiada.
265
Tabla 10.9 Alternativas tecnológicas
Procesos físicos
Espesamiento
Deshidratación
Procesos
químicos
Acondicionamiento
Procesos
biológicos
Digestión
aerobia
Proceso
térmico
Disposición
Espesamiento
por gravedad
Filtro al
vació
Incineración
Espesamiento
por flotación
Filtro de
bandas
Neutralización
Digestión
anaerobia
Vitrificación
Relleno
Centrifugación
Filtro prensa
Extracción
Composteo
Oxidación con
aire húmedo
Reciclo
Espesamiento
filtros de
bandas
Centrifugación
Oxidación
Reducción
Tratamiento
en tierra
Desorción
Aplicación en
tierra
Lechos de
secado
Estabilización
solidificación
Evaporación
secado
Decloración
Cristalización
Prensa de
tornillo
FUENTE: Lankford and Eckenfelder, Jr. (1990)
Estas son alternativas tecnológicas comúnmente utilizadas para formar trenes de
tratamiento para el tratamiento y disposición de lodos residuales.
10.3.1 Espesamiento y deshidratación de lodos
El espesamiento y la deshidratación de lodos son procedimientos que se emplean para
aumentar el contenido de sólidos en los lodos al eliminar parte de la fracción líquida del
mismo. La concentración o espesamiento suele llevarse a cabo mediante procesos físicos,
que incluyen el espesado por gravedad, flotación, centrifugación y filtros de banda por
gravedad. Para la deshidratación se utilizan equipos que utilizan presión o vacío y que
permiten incrementar la concentración de sólidos en el lodo.
La reducción del volumen del lodo resulta benéfica para los procesos de tratamiento
subsiguientes tales como la digestión, la deshidratación, el secado y la combustión, desde
los siguientes puntos de vista:
•
•
•
Disminuye la capacidad de los tanques y de los equipos necesarios.
Reduce la cantidad de reactivos químicos necesarios para el acondicionamiento del
lodo.
Disminuye la cantidad de calor necesario para los digestores y el combustible
auxiliar requerido para el secado o incineración, o para ambos.
Los métodos más comunes de espesamiento y deshidratación de lodos son:
266
• Gravedad
• Flotación
• Centrifugación
Métodos comunes
de espesamiento
• Filtro prensa
• Filtro banda
• Tambor rotatorio
• Lechos de secado
• Lagunas de lodo
Figura 10.3 Métodos de espesamiento y deshidratación para lodos residuales
En la tabla 10.10 se presenta la reducción del volumen del lodo que es posible alcanzar
mediante la aplicación de diferentes procesos de tratamientos físicos para la remoción del
agua.
Tabla 10.10 Reducción del volumen del lodo mediante tratamientos físicos
Reducción del
volumen del lodo, %
Hasta 5% al 10% del
volumen inicial
Proceso
Espesamiento
Gravedad, flotación
Sobrepresión o vacío, campos
Del 35 al 15% del
Deshidratación gravedad reforzados artificialmente
volumen inicial
Del 50 al 80% del
volumen inicial
Secado
Contenido de agua en
el lodo espesado, %
Fuerzas físicas aplicadas
85- 95
de
Para
lodo
tratado
biológicamente:
evaporación natural, calentamiento ligero.
Para lodo no tratado: calentamiento
intenso o congelamiento
60-85
40-60
0-60
a) Espesamiento por gravedad
Se realiza en un tanque circular similar a uno de sedimentación. El tanque tiene un
mecanismo rotatorio de baja velocidad con rastras mecánicas que al hacer contacto con
las partículas del lodo incrementa la sedimentación y compactación. Se obtiene una
solución concentrada de lodo en el fondo del tanque y un sobrenadante que se regresa a la
entrada de la planta de tratamiento generalmente al sedimentador primario.
Figura 10.4 Esquema de un espesador por gravedad
267
Tabla 10.11 Ventajas y desventajas del espesador por gravedad
Ventajas
Mayor capacidad de almacenamiento de lodos
Operación sencilla
Bajos costos de operación y mantenimiento
Desventajas
Mayor área requerida
Producción de olor
En algunos lodos difícil separación sólido-líquido
Foto 10.1 Espesador por gravedad
b) Espesamiento por flotación con aire disuelto
La flotación con aire disuelto es comúnmente utilizada en el espesamiento de lodos
activados. En este proceso una porción del efluente se presuriza y se airea hasta una
concentración de 70 a 80% de saturación. El líquido presurizado se mezcla con el influente
de la corriente de lodo y se libera a la atmósfera en el tanque de flotación. Las partículas
de aire permiten la floculación del lodo elevándolo a la superficie, donde se separa.
Efluente
Lodo espesado
Tanque de flotación
Mezcla
Tanque de
mezclado
(polímeros).
Bomba
dosificadora.
Válvula
reguladora
de presión
Recirculación
Influente
Aire
Tanque
de
Presión
Bomba para
presurizar
Figura 10.5 Diagrama de un espesador por aire disuelto
268
Tabla 10.12 Ventajas y desventajas del espesador por flotación
Ventajas
Desventajas
Mayor separación sólido líquido que el espesador por Mayores costos de operación que el de gravedad
gravedad
Mayor concentración de sólidos y menos área que el Poca capacidad de almacenamiento
de gravedad
Puede remover arenas y grasas
Menor concentración de lodos que con centrífugas
Foto 10.2 Espesador con aire disuelto
c) Espesamiento y deshidratación por medio de centrífugas
Se utiliza en el espesamiento y en la
• Centrífugas de tazones
deshidratación de lodos. En este proceso el lodo
Tipos
de
se introduce en un recipiente rotatorio. La fuerza
centrífuga empuja la materia sólida hacia las centrífugas
• Centrifugas de canasta
paredes del recipiente. Es un proceso muy
eficiente y puede conseguir concentración de
Figura 10.6 Tipos de centrífugas
sólidos totales mayores del 30%.
Centrífugas de tazones
El lodo se alimenta en forma continua y los sólidos se concentran en la periferia. Un tornillo
helicoidal mueve los lodos acumulados hacia el extremo reducido donde ocurre una
concentración adicional de sólidos. El lodo se descarga fuera de la centrífuga.
269
Figura 10.7 Centrífuga de tazones
Tabla 10.13 Ventajas y desventajas de la centrífuga de tazones
Ventajas
Producción de efluente clarificados sin químicos
Desventajas
Puede utilizarse solamente para partículas menores de
400 micras
Capacidad de manejar grandes cantidades de lodo Requiere pre-tratamiento y desarenado
en un pequeño espacio
No produce olores
Personal especializado para operación y mantenimiento
Foto 10.3 Centrífugas de tazones
Centrífugas de canasta
El lodo líquido es introducido hacia un tazón
giratorio montado verticalmente. Los sólidos
se acumulan contra la pared del tazón y el
centrado es decantado. Cuando la
capacidad de remoción de sólidos se ha
conseguido, el tazón se desacelera, un
mecanismo es posicionado en el tazón para
ayudar a remover sólidos acumulados.
Foto 10.4 Centrífuga de canasta
270
Tabla 10.14 Ventajas y desventajas de la centrífuga de canasta
Ventajas
Desventajas
Puede utilizarse para espesamiento o deshidratación Operación intermitente
Flexibilidad para conseguir condiciones del proceso Requiere estructura de soporte especial
Menores costos de operación y mantenimiento de Mayor relación costo de inversión/capacidad
todas las centrífugas
d) Espesamiento y deshidratación por filtros prensa
Los filtros prensa son separadores de líquidos y sólidos a través de filtración por presión.
Comprime y deshidrata sólidos hasta obtener del 25% al 60% por peso de los lodos
compactados. Las placas filtrantes desmontables están hechas de polipropileno, y las
mallas pueden ser de selladas, no selladas o membranas de alta resistencia. Cuenta con
un sistema hidráulico-neumático que puede ser automático, semiautomático. La presión de
operación varía entre 60 y 80 psi. El espesor del lodo entre 2.5 y 4 cms.
Foto 10.5 Filtros prensa
Tabla 10.15 Ventajas y desventajas de los filtros prensa
Ventajas
Produce mayor concentración de sólidos en el lodo
Desventajas
Operación discontinua
Altos costos de inversión y operación
Requiere soportes especiales
Requiere grandes áreas
e) Espesamiento y deshidratación en filtro banda
En este método, la deshidratación se realiza forzando la salida del agua presente en el
lodo por la aplicación de presiones elevadas. El contenido de sólidos en el lodo varía de 20
a 25%. Se necesita un acondicionamiento químico previo.
271
Existen varios diseños y tipos de filtros de bandas. El filtro más conocido es la prensa de
banda con tamiz. En este equipo se extiende una capa delgada de lodo sobre la banda
giratoria de un tamiz. Después de la deshidratación preliminar por gravedad, se prensa el
lodo a través de la banda de la prensa, ubicada encima de la faja filtrante, para ser retirado
al llegar al final de la misma. Al extremo de los bandas, se pueden instalar rodillos móviles
de soporte y prensado para que estas varíen de dirección, aumentado la presión sobre el
lodo con ayuda de otras fuerzas de cizalla. Eficiencia de la filtración puede aumentarse por
medio de la vibración de la banda. La parte de la banda que regresa pasa por chorros de
lavado.
Figura 10.8 Diagrama de un filtro banda de gravedad
El lodo se comprime y es dividido por una serie de hojas a lo largo y ancho de la banda. El
agua liberada pasa a través de la banda. El lodo espesado es vaciado en el extremo del
equipo, la banda entra al ciclo de lavado.
Figura 10.9 Espesador de lodos por banda de gravedad
Tabla 10.16 Ventajas y desventajas de los filtros de bandas
Ventajas
Desventajas
Dependiendo de la presión puede producir lodos Sensibles a cambios en las características del lodo
secos
Bajo consumo de energía
Operación y mantenimiento continua
272
Foto 10.6 Espesadores y filtros banda
f) Deshidratación en filtro de vacío por tambores rotatorios
Filtro utilizado para deshidratar lodos que
consiste en un tambor cilíndrico montado
sobre un eje horizontal cubierto con un
medio filtrante, figura 10.10 y foto 10.7.
Por debajo del medio filtrante se mantiene el
vacío durante la mayor parte de cada
revolución a los efectos de extraer el agua.
La
torta
deshidratada
se
remueve
mecánicamente.
Figura 10.10 Espesador o filtro de tambor rotatorio
El lodo diluido se mezcla previamente con polímeros. El lodo acondicionado pasa al filtro,
separando los sólidos floculados del agua. El lodo espesado sale por un extremo de los
tambores. El agua separada cae a través de las mallas. En la figura 10.11 se muestra el
funcionamiento del filtro.
Foto 10.7 Filtro rotatorio
273
Figura 10.11 Diagrama explicativo y vista de un espesador o filtro de tambor rotatorio (Parkson Corporation)
Tabla 10.17 Ventajas y desventajas de los filtros rotatorios
Ventajas
No requiere personal especializado
Poco mantenimiento para operaciones continuos
Filtrado con baja cantidad de sólidos suspendidos
Desventajas
Mayor consumo de energía por unidad de lodo
deshidratado
Requiere supervisión continua de la operación
Genera ruido (bombas de vacío)
g) Lechos de secado para deshidratación
La deshidratación natural de lodos se usa para reducir el contenido del agua de lodos. Una
vez seco el lodo se retira y se deposita en vertederos controlados o se utiliza como
acondicionador de suelos.
En un lecho de secado convencional de arena, el lodo se deshidrata por drenaje a través
de la masa de lodo y arena, y por evaporación desde la superficie expuesta al aire.
El lecho de arena esta constituido por dos capas:
•
•
•
Una capa de grava 30 cm.
Una capa de arena 10-30 cm.
Espesor de lodo 20-30 cm.
Sin
embargo
hay
muchas
variaciones en la disposición de las
capas y en la composición de otros
materiales, en la figura 10.12 se
puede observar, la colocación de
una loseta porosa que ayuda a
proteger la capa de gravilla más fina
y ayuda a una mejor difusión del
lodo líquido. Lo que si se debe
considerar siempre es que el lecho
lleve un drenaje a través de toda el
área de secado; las partículas más
gruesas de grava se deben disponer
en las capas inferiores y las más
finas de gravilla o arena en las
partes superiores.
274
Figura 10.12 Corte de un lecho de secado
Los lechos pueden ser techados o abiertos, depende de la evaporación que se presente en
la región donde son construidos, esto último va influir en el tiempo de retención de los
lechos, el cual puede varias de 5 a 15 días.
Tabla 10.18 Ventajas y desventajas en el uso de lechos de secado
Ventajas
Desventajas
Requiere grandes superficies de terreno.
Costo inicial bajo para plantas pequeñas.
Requerimientos
mínimos
de
operación
y Impacto del clima sobre el diseño.
Requerimiento de lodo estabilizado.
capacitación.
Molestia por olores o impacto visual.
Bajo consumo de energía eléctrica.
Numerosa mano de obra para la remoción de lodos
Baja sensibilidad a la variabilidad del lodo.
secos.
Bajo consumo de químicos.
Posible contaminación de aguas freáticas.
Alto contenido de sólidos en la torta seca de lodos.
Obtención de permisos.
h) Lagunas para la disposición de lodo líquido
El lodo líquido se puede disponer en lagunas, dependiendo de la profundidad de estas el
lodo se va a secar o se va a secar y digerir. En las lagunas para secado sólo se pueden
verter lodos digeridos, en las lagunas más profundas se van a llevar procesos de digestión
aerobia o anaerobia. Los tipos de lagunas comúnmente utilizados son:
Lagunas
de lodos
• Lagunas de evaporación
• Lagunas aerobias facultativas
• Lagunas anaerobias
Figura 10.13 Tipos de lagunas de lodos
Lagunas de evaporación: son usadas para llevar el secado de lodos mediante procesos
físicos de percolación y evaporación de lodo. Su profundidad máxima es de 0.60 cm.
Lagunas aerobias facultativas: su función es digerir los lodos y secarlos. Mantienen una
capa de superficie aerobia libre de espumas o natas por medio de un mezclador de
superficie que provee agitación y mezclado. La profundidad va de 3.5 a 4.7 m.
Lagunas anaerobias: estas lagunas se aplican a lodos crudos. La profundidad de estas es
hasta 4.6 mts. Sedimentan sólidos en el fondo, mantienen una capa de nata sobre la
superficie de la misma.
En la figura 10.14, se presenta los diferentes criterios para el diseño de las lagunas para
lodos.
275
Laguna
evaporación
Anaerobia y
facultativa
Secado de
lodo digerido
0.60 m
3
0.60 m a
1.20 m
Disposición del
lodo crudo
CRITERIOS
MÁXIMO NIVEL DE LÍQUIDO
1
VENTAJAS
LIMITACIONES
• Reducción del 45% S.V.
• Bajo consumo energético.
• Desinfección
• Económico.
• Depende del clima.
• Área.
• Olor y vectores.
• Riesgo de contaminación
subterránea.
• Carga de sólidos.
• Profundidad.
• Área
• Agitación.
Figura 10.14 Lagunas para lodos residuales
Tabla 10.19 Ventajas y desventajas de las lagunas de secado
Ventajas
Bajo consumo de energía
No requiere adición de químicos
Estabilización de materia orgánica
Bajos costos de inversión, operación
mantenimiento.
Desventajas
Generación de olores
Posible contaminación de agua superficial y subterránea
Problemas de vectores, moscas y mosquitos
y Requieren de gran extensión de tierra
10.3.2 Estabilización
Los lodos tienen que ser estabilizados para reducir o eliminar el potencial de putrefacción,
evitar la generación de malos olores y en algunos casos reducir el contenido de
microorganismos patógenos.
Existen diferentes métodos para estabilizar los lodos, siendo lo más comunes los de
digestión como se muestra en la tabla 10.20. En estos procesos además de la eliminación
del olor desagradable, hay una destrucción parcial de los sólidos volátiles, una mejoría en
las características de flujo y un aumento en la concentración de nitrógeno soluble. La
mayoría de los métodos reducen en una cierta proporción los microorganismos patógenos.
La estabilidad del lodo es parámetro que es difícil de medir, por la misma complejidad del
material, de tal suerte, que no existe un método estándar para medirlo. La reducción de
SSV es un método que se aplica para medir la estabilidad del lodo después de un proceso
de digestión y es el recomendado por la NOM 004-SEMANART-2002.
Un lodo estable es aquel que puede ser descargado o dispuesto en la naturaleza sin
causar daño al ambiente, y que no produce condiciones dañinas o indeseables. De
acuerdo con esto, considerando lo que significan las condiciones dañinas o indeseables
creadas por un lodo se han propuesto los siguientes parámetros para definir la estabilidad
de un lodo (Vesilind, 1988).
•
•
•
•
276
Producción de olor
Toxicidad
Reducción de sólidos suspendidos volátiles
Reducción de patógenos
Tabla 10.20 Posibles métodos para la estabilización de los lodos residuales
Tipo de
estabilización
Proceso
Método
Sin calentamiento (laguna o tanque)
Digestión anaerobia mesofílica (25 a 35oC)
de una etapa
de dos etapas
de tres fases
Digestión anaerobia termofílica (45 a 55oC)
Sin calentamiento
Autotérmica (45-70oC)
Con aire
Con oxígeno
digestión autotérmica oxidativa,
seguida por digestión anaerobia
Pila estática aerada
Reactor
Camellón
Digestión
Aeróbica
oxidativa
Biológica
Proceso dual
Composteo con o sin agentes
aglutinantes o material reciclado
Química
Adición de hidróxido de calcio
(pH>12)
Adición de agentes oxidantes
modificadores del olor o
bactericidas
Hidróxido de calcio hidratado al lodo líquido
» adición de óxido de calcio a lodos líquidos o sólidos
» cloración, peróxidos, otros agentes oxidantes,
bactericidas orgánicos
La decisión para adoptar un método en particular para el tratamiento de los lodos, depende
de muchos factores entre los cuales deben considerarse el tipo y características de los
lodos, los costos iniciales de construcción y los costos de operación entre otros.
•
Es la solubilización y fermentación de sustancias orgánicas complejas por
microorganismos en la ausencia de oxígeno. Los productos de la digestión anaerobia son:
gases, células y lodos con una fracción mineral cercana al 60% (lodos estabilizados).
Durante las reacciones se libera energía y la materia orgánica se convierte en metano,
dióxido de carbono y agua.
La digestión anaerobia ocurre en dos fases o etapas:
a) Acidogénesis: bacterias productoras de ácidos degradan la materia orgánica a
ácidos volátiles.
b) Metanogénesis: las bacterias formadoras de metano convierten los ácidos a metano
y dióxido de carbono.
Clasificación de los digestores anaerobios
Los digestores anaerobios son de dos tipos:
ο De baja tasa
ο De alta tasa
El digestor consiste en un tanque cilíndrico con una pendiente hacia el fondo y bóveda
techada.
277
Digestores de baja tasa
El lodo se introduce al tanque, no hay
sistema de mezclado, la estabilización
se logra en condiciones estratificadas
dentro del digestor. El gas metano se
acumula en la bóveda, se extrae y se
almacena para su uso. Las natas se
acumulan en el sobrenadante que se
envían al sedimentador primario. El
lodo estabilizado sedimenta en el
fondo del tanque y es conducido a la
siguiente fase de tratamiento, figura
10.15. Estos reactores operan en
forma intermitente con un tiempo de
retención hidráulico de 30-60 días y
una carga de lodos 0.4 – 1.6 kg
SSV/m3/d.
Salida del gas
Nata
Influente
Sobrenadante
Efluente
Lodo digerido
Figura 10.15 Digestor de baja tasa
Digestores de alta tasa
Salida del gas
Son operados en rangos de
temperaturas mesofílicas (30-38°C) y
termofílicas (50 – 60°C), requieren un
sistema de calefacción del lodo,
deben de estar aislados del medio.
Requieren de un mezclado para
mantener una distribución uniforme
del contenido, la alimentación debe
ser continua o por lotes en intervalos
de 30 a 120 minutos, figura 10.16. El
tiempo de retención varía entre 10 y
15 días y la carga de lodos de 1.6 –
8.0 kg/SSV/m3/d.
Influente
Efluente
Calefactor
Figura 10.16 Digestor anaerobio de alta tasa
Digestión anaerobia en dos etapas
Es una extensión de tecnología de digestión de alta velocidad, divide las funciones de
fermentación y separación de sólido-líquido en dos tanques en serie, figura 10.17.
ο El primer tanque es un sistema de estabilización de alta tasa. Está equipado con
unidades de calentamiento y agitación.
ο El segundo es para la fase de separación. Esta segunda unidad puede ser
también un tanque abierto o una laguna de lodos.
278
Gas
Sobrenadante
Salida de lodo
Entrada de lodo
Salida de gas
Lodo digerido
Figura 10.17 Digestión en dos etapas
Criterios de estabilización
Un digestor típico de alta tasa reducirá el contenido de sólidos volátiles del lodo entre 40 y
65 %.
Calidad de gas: La producción de gas es directamente proporcional a la cantidad de
sólidos volátiles eliminados. Se expresa como volumen de gas por unidad de masa de
sólidos volátiles eliminados (m3/kg SV eliminado), tabla 10.21.
Tabla 10.21 Composición del biogás generado en los digestores anaerobios
GAS
Metano (CH4)
Bióxido de carbono (CO2)
Nitrógeno (N2)
Hidrógeno (H2)
Ácido sulfhídrico (H2S)
% EN VOLUMEN
55-75
25-45
2-6
0.1-2
1-1.5
Tabla 10.22 Ventajas y desventajas de la digestión anaerobia
Ventajas
Produce metano, utilizable como fuente de energía.
Disminuye la masa total de lodo entre 25 y 45%.
Desventajas
Altos costos de capital.
Susceptible a perturbaciones. Cambios bruscos en el
ambiente.
Produce un residuo adecuado para usarse como Produce un sobrenadante de mala calidad.
acondicionador de suelo.
Inactiva microorganismos patógenos si la digestión Las bacterias productoras de metano crecen a baja
se realiza a temperatura termofílica, 50-60°C.
velocidad.
•
Digestión aerobia
Está basada en la respiración endógena, ocurre cuando hay poco sustrato disponible y
continúa la aeración de los lodos biológicos. Los microorganismos empiezan a consumir su
propio protoplasma para obtener energía para reacciones de mantenimiento de las células.
279
Proceso de digestión aerobia
a) El tejido de la célula es oxidado a dióxido de carbono, agua y nitratos.
b) Entre el 75 y 80 % del total de las células es oxidada.
c) El 20 al 25 % restante no son biodegradables.
Variantes del proceso de digestión
ο Digestión aerobia convencional
ο Digestión aerobia por oxígeno puro
ο Digestión aerobia termofílica autotérmica
Digestión aerobia convencional
Utiliza tanques abiertos a la atmósfera en los cuales se aplica aire a los lodos espesados,
la forma de aplicación del aire es por medios mecánicos (propelas o turbinas) o mediante
difusores. En la foto 10.8 un digestor aerobio convencional, en la foto 10.9 un digestor con
aeración por medio de difusores.
Foto 10.8 Digestor aerobio convencional
Foto 10.9 Digestor aerobio de lodos con discos
difusores
Variaciones del proceso
Operación intermitente (por lotes)
Originalmente, la digestión aerobia fue diseñada como un proceso por lotes (figura 10.18) y
este concepto aún se aplica en muchas instalaciones. Los lodos son bombeados
directamente de los clarificadores al digestor aerobio. El tiempo requerido para el llenado
del digestor depende del volumen del tanque disponible, volumen de lodo, precipitación y
evaporación.
Durante la operación de llenado, el lodo bajo digestión es aireado en forma continua.
Cuando se llena el tanque, la areación se prolonga durante dos a tres semanas para
asegurar que los sólidos están totalmente estabilizados. Entonces la aeración se suspende
y los sólidos estabilizados se sedimentan. El líquido clarificado es decantado, y los sólidos
espesados son removidos a una concentración entre 2 y 4%. Cuando se ha removido una
cantidad suficiente de lodo estabilizado y/o sobrenadante, se repite el ciclo. Entre ciclos, es
280
normal dejar parte del lodo estabilizado en el aireador para proporcionar la población
microbiana necesaria para la degradación de los sólidos. El dispositivo de aireación no
necesita operar durante varios días, siempre y cuando no se adicione lodo crudo.
Aire
Lodo crudo
Sobrenadante
Lodo estabilizado
Figura 10.18 Reactor aerobio de digestión aerobia operado por lote
Operación continua
El proceso de digestión aerobia convencional continuo se asemeja mucho al proceso de
lodos activados (figura 10.19). Así como en el proceso por lotes, los sólidos son
bombeados directamente desde los clarificadores al digestor aerobio. El aireador opera a
un nivel fijo, y el efluente es conducido a un separador de sólidos-líquido (espesador).
Parte del lodo estabilizado y espesado es recirculada al tanque de digestión y el resto es
removido para continuar con su tratamiento.
LODO CRUDO
Digestor
aerobio
RECIRCULACIÓN
Espesador
SOBRENADANTE
LODOS
ESTABILIZADO
Figura 10.19 Diagrama de flujo para el proceso de digestor aerobio convencional de operación continua
Operación de manera auto-calentado
En este proceso, el lodo de los clarificadores normalmente es espesado para proporcionar
al digestor una concentración influente de sólidos mayor al 4%. El calor liberado por la
biodegradación de los sólidos orgánicos es suficiente para elevar la temperatura del líquido
en el digestor hasta 60ºC.
Las ventajas de esta manera de operación son: una mayor tasa de destrucción de sólidos
orgánicos, por consiguiente requerimientos menores de volumen; producción de un lodo
pasteurizado; un requerimiento de oxígeno entre 30 y 40% menor que el del proceso
mesofílico, debido a que pocas bacterias nitrificantes existen a este nivel de temperatura; y
una mejor separación sólidos-líquido debido a la disminución de la viscosidad del líquido.
Las desventajas de este proceso consisten en que tiene que incorporar la operación de
espesamiento, ya que los requerimientos de mezclado son mayores debido a un contenido
de sólidos superior y a que sistemas aireados sin oxígeno requieren una aireación
extremadamente eficiente y tanques aislados.
281
Tabla 10.23 Ventajas y desventajas de la digestión aerobia
Ventajas
Desventajas
Costo de inversión menores que para la digestión Difícil de deshidratar por medio mecánicos
anaerobia para plantas menores de 220 L/s
Más fáciles de operar que los digestores anaerobios Altos costos de energía para suministrar el oxígeno,
aún en plantas pequeñas
No genera malos olores
La eficiencia depende de la temperatura, localización
y tipo de material del tanque
Produce un sobrenadante con bajas concentraciones
de DBO, sólidos suspendidos y NH3
•
Digestión Alcalina
El tratamiento de los lodos de aguas residuales con productos químicos, como el cloro y la
cal, son efectivos para la estabilización. Inicialmente la cal se utilizó para la reducción de
olor, para incrementar el pH en los digestores y para la remoción de fósforo en el
tratamiento avanzado de las aguas residuales.
Bases teóricas
La teoría del proceso de estabilización con cal es simple. La cal se adiciona al lodo para
elevar el pH, y requiere un tiempo de contacto específico. A un pH superior a 12 y con
suficiente tiempo de contacto, los patógenos y microorganismos pueden ser inactivados o
destruidos. Las características físicas y químicas del lodo también se alteran por las
reacciones que ocurren. La química del proceso no está bien estudiada pero algunas
moléculas complejas se transforman por medio de reacciones de hidrólisis y
saponificación. Algunas de estas reacciones son:
Reacciones con constituyentes inorgánicos
+2
+
Ca
2PO4-3
2HCO3-
Calcio
+ CaO → CaCO3 + H2O
Fósforo
+ 6H + 3CaO → Ca3(PO4)2 + 3H2O
+
Dióxido de carbono
CO2 + CaO → CaCO3
Reacciones con constituyentes orgánicos
Ácidos
RCOOH + CaO → RCOOCaOH
Grasas
Grasa + CaO→ ácidos grasos
282
Inicialmente, la adición de cal eleva el pH del lodo. Entonces las reacciones anteriores
ocurren. Si la cal que se adiciona no es suficiente, el pH disminuye al ocurrir estas
reacciones. Por lo tanto se requiere un exceso de cal.
La actividad biológica produce compuestos, tales como dióxido de carbono y ácidos
orgánicos que reaccionan con la cal. Si la cal que se adiciona no es suficiente para detener
la actividad biológica se producen estos compuestos que reducen el pH, producen malos
olores impidiendo la estabilización del lodo.
En este proceso no hay reducción directa de materia orgánica lo que causa dos
importantes impactos:
a) La adición de cal hace al lodo químicamente estable. Si el pH cae por debajo de 11,
la descomposición biológica se reanuda, produciendo olores nocivos.
b) No hay reducción en la cantidad de lodo para disposición, como ocurre con los
métodos de estabilización biológica. Por el contrario, la masa del lodo seco aumenta
por la adición de cal y por la precipitación química que se deriva del proceso.
La estabilización con cal consiste en la aplicación de la cal para elevar el pH, con un
tiempo de contacto específico. Se cree que con el efecto de la elevación del pH a 12 y con
suficiente tiempo de contacto, los patógenos y microorganismos pueden ser inactivados o
destruidos. En la figura 10.20, se muestran los métodos de estabilización alcalina que son
usados: pre-estabilización y post-estabilización con cal.
Métodos de
estabilización
con cal
• Pre-estabilización con cal (aplicación de cal
antes de la deshidratación del lodo)
• Post-estabilización con cal (aplicación de cal
cuando los lodos han sido deshidratados)
Figura 10.20 Métodos de estabilización alcalina
Pre-estabilización con cal
Para la estabilización con cal se deben seguir las siguientes recomendaciones:
ο Agregar suficiente cal para elevar el pH a 12.
ο pH 12 por 2 horas.
ο Alcalinidad residual, pH 11.5 por 22 días.
En las fotos 10.10 y 10.11 se presentan un sistema de encalado de lodos a escala real.
283
Foto 10.10 Dosificación de cal para espesar el lodo
Foto 10.11 Tanques de encalado
Dosis de cal
La adición de cal hace al lodo químicamente estable. Si el pH cae por debajo de 11, la
actividad microbiana se reanuda, también la descomposición del material orgánico,
produciendo olores nocivos.
No hay reducción en la cantidad de lodo para disposición, como ocurre con los métodos
biológicos. Por el contrario, la masa del lodo seco aumenta por la adición de cal y por la
precipitación química que se deriva del proceso.
En las tablas 10.24 y 10.25 se observa las dosis de cal requeridas para diferentes tipos de
lodos. Sin embargo la dosis de cal debe determinarse para cada lodo experimentalmente.
284
Tabla 10.24 Dosis de cal para estabilización de lodo
TIPO DE LODO
SÓLIDOS
DOSIS DE CAL
TOTALES (%)
Lbs Ca(OH)2/lbs de sólido seco
4.3
0.12
1.3
0.30
5.5
0.19
FUENTE: Farrel (1974)
Lodo primario
Lodo activado
Anaeróbico combinado
pH inicial
pH final
6.7
7.1
7.2
12.7
12.6
12.4
Tabla 10.25 Determinaciones de dosis de cal a escala piloto para mantener un pH Mayor
de 11 durante 14 días
Tipo de lodo
Lodo primario
Lodo activado
Lodo de fosa séptica
Dosis de cal Ca(OH)2 / Lb SS
0.10 – 0.15
0.30 – 0.50
0.1 – 0.30
Eficiencia del proceso de digestión alcalina
Eficiencia del proceso
Un sistema de encalado o post-encalado reduce el olor y la producción potencial de olor en
el lodo, reduce los niveles de patógenos y mejora las características de desaguado del
lodo.
Reducción de olor
La estabilización con cal reduce los olores. Cuando se usan sistemas de mezclado con aire
los olores amoniacales se incrementan debido a la desorción de amoníaco. Después de
este proceso los olores de reducen por un factor de 104. Otro de los mayores problemas de
olor en los sistemas de tratamiento de lodo lo constituye el sulfuro de hidrógeno, este es
eliminado en el proceso de encalado cuando el pH se eleva por encima de 9 ya que a
estos valores de pH se convierte en formas ionizadas no volátiles (HS-, S=).
100
80
HS–
60
% DE
SULFURO
TOTAL
SOLUCIÓN MOLAR 10-3
40
H2S
S=
20
0
6
7
8
9
10
pH
Figura 10.21 Efecto del pH sobre el equilibrio H2S-HS285
Reducción de patógenos
La pre-estabilización con cal o post-estabilización alcanzan reducciones significativas de
patógenos si se mantiene el pH arriba de 12. Las investigaciones demuestran que la
estabilización con cal reduce los coliformes totales, coliformes fecales y estreptococos
fecales en concentraciones mayores al 99.9% Las concentraciones de Salmonella y
Pseudomonas aeruginosa se redujeron por debajo de los límites de detección en
experimentos realizados en la planta de Lebanon, Ohio.
Westphal y Christensen (1983), investigaron la eficiencia de la cal en el proceso de postencalado con dosis de 13 a 40% como Ca(OH)2. Los resultados indican que la postestabilización con cal proporciona una reducción de patógenos de por lo menos 2 órdenes
de magnitud. También reportaron que este proceso tiene la misma eficiencia en reducción
de microorganismos patógenos como la digestión aerobia mesofílica, digestión anaerobia y
el composteo mesofílico.
Existe poca información acerca de la reducción de virus y de huevos de helmintos durante
este proceso. Análisis cualitativos realizados con microscopio indican una alta
supervivencia de organismos superiores tales como quistes y huevos de Ascaris, así como
huevecillos de helmintos, etc., después de 24 horas de encalado con pH superior a 12.
Tampoco se ha estudiado si mayores tiempos de contacto podrían destruir estos
organismos.
ESTABILIZACIÓN CONVENCIONAL CON CAL (PSRP)
ADICIÓN DE CAL
MEZCLADO
LODO
REQUERIMIENTOS:
ALMACENAMIENTO
USO
*PH 12 POR 2 HRS.
*PH 11.5 POR 22 HRS. CONSECUTIVAS
Figura 10.22 Proceso convencional de estabilización alcalina
•
Composteo
El composteo es un proceso biológico para la estabilización de los lodos por medio del cual
se realiza una degradación aerobia que es realizada por bacterias y hongos a una
temperatura termofílica en una mezcla de lodo deshidratado y material acondicionador.
Este proceso provee una destrucción significativa de patógenos con temperatura de 40°C
durante cinco días consecutivos o también puede alcanzar una destrucción adicional de
patógenos con una temperatura de 55°C durante tres días consecutivos de acuerdo a lo
establecido en la norma 503 de la EPA (Apéndice B de la norma), 1993. El resultado del
proceso de composteo es un sustrato que puede ser utilizado como fertilizante o
acondicionador de suelo.
286
Proceso de composteo
El composteo de lodos residuales consiste en mezclar el lodo residual con un material
acondicionador, el cual puede ser cualquier desecho orgánico (basura de jardín, desechos
orgánicos agroindustriales, pedacería de madera, etc.). Para que el proceso sea adecuado
se deben mantener los factores determinantes del proceso que son:
ο Temperatura entre 45 a 60°C.
ο Condiciones aerobias mediante ventilación forzada o volteos mecánicos
ο Humedad entre 50 y 60%.
Etapas del composteo
El proceso de composteo consta básicamente de las siguientes etapas: preparación de
materiales acondicionadores, mezclado, estabilización termofílica y curado o estabilización
final; además existen dos etapas opcionales que son el secado y el cribado.
Preparación de material acondicionador
El material acondicionador es cualquier material de alto contenido orgánico que puede
mezclarse en el lodo, generalmente son desechos agrícolas, agroindustriales o residuos
como basura de jardín o basuras orgánicas.
El material acondicionador proporciona las siguientes características al lodo:
ο
ο
ο
ο
Proporciona estructura y porosidad.
Permitir aeración.
Aumentar la relación carbono-nitrógeno (30:1).
Aumentar sólidos a 40%.
Mezclado
Es la primera etapa del proceso y consiste en obtener una mezcla homogénea al revolver
el material acondicionador con el lodo. La mezcla final debe tener una porosidad de 30 a
35% (espacios libres) y una humedad inferior al 60%. El mezclado se puede realizar por
medio de diferentes mezcladores estáticos que existen en el mercado o con ayuda de un
cargador frontal, fotos 10.12 y 10.13.
Foto 10.12 y 10.13 Etapa de mezclado
287
Montaje de las pilas
La instalación de las pilas de
composteo se lleva a cabo
colocando la mezcla de material
acondicionador y lodo, se forma una
pila con base rectangular, con
dimensiones variable de acuerdo al
volumen a tratar. En la foto 10.14 se
observa como un cargador frontal
colocan la mezcla sobre una cama
de piedra que sirve de protección al
difusor de PVC.
Foto 10.14 Montaje de pila de composteo
Etapa termofílica
La etapa termofílica tiene lugar
después del mezclado y requiere de
tres o cuatro semanas para
completarse. Durante este período
la mezcla debe tener aeración por
medio de difusores colocados en la
base de la pila o bien mediante
volteo mecánicos hechos con el
cargador frontal, con el fin de
proporcionar el oxígeno necesario
para que los microorganismos
realicen la biodegradación y se
generen altas temperaturas (50-55
ºC) necesarias para la destrucción
de microorganismos patógenos.
Foto 10.15 Etapa termofílica
Es la etapa de alta actividad microbiana caracterizada por la presencia de
microorganismos termofílicos y alta reducción de sólidos volátiles biodegradables. Es la
etapa que requiere de mayor control, foto 10.15.
Curado o estabilización final
Se realiza después de la estabilización
termofílica
y
su
duración
es
de
aproximadamente 30 días. Esta etapa se
caracteriza
por
bajas
temperaturas,
menores requerimientos de oxígeno y baja
producción de olores. Es una etapa muy
importante donde se puede lograr la
degradación adicional de compuestos
difícilmente biodegradables, foto 10.16.
288
Foto 10.16 Etapa de curado
Secado y cribado
Tanto el secado como el cribado son
etapas opcionales en el proceso de
composteo, tienen como propósito la
obtención de un material de mejor calidad.
El cribado permite una mejor recuperación
del material acondicionador que puede
reciclarse al proceso y un producto de
tamaño homogéneo dependiendo del uso
que quiera darse a la composta, foto
10.17.
Foto 10.17 Equipo de cribado
Equipos y materiales para el composteo
En la tabla 10.27 se enlistan los equipos y materiales que son útiles en un sistema de
composteo. El camión de volteo sirve para transportar materiales condicionadores y lodo al
área de composteo, así como la composta a los sitios de venta. El cargador frontal va a
hacer las labores de mezclado y montaje de la pila. La picadora va a fraccionar el material
acondicionador hasta dejarlo a un tamaño adecuado de partícula (5 a 10 cm de largo). En
un sistema mecanizado las bandas transportadoras van a facilitar el manejo del material
haciendo más rápidas las labores de traslado de materiales.
Existen en el mercado mezcladores mecánicos que ayudan a hacer el mezclado de los
materiales pero no sustituyen a los cargadores en el montaje de las pilas. La cribadora
ayuda a obtener una composta de tamaño de partícula homogénea que va a hacer más
atractiva para su venta, además ayuda a recuperar material acondicionador que puede ser
recirculado al proceso.
Tabla 10.26 Equipos y materiales para el composteo
CONCEPTO
Camión de volteo
Cargador frontal
Picadora
Cargador frontal
Cribadora
Bandas transportadoras
Mezcladores mecánicos
Palas, picos y bieldos.
Carretillas
En las fotos 10.18 y 10.19 se muestran otros equipos utilizados en un sistema de
composteo.
289
Foto 10.18 Camión para transporte de lodos a sitio de
composteo
Foto 10.19 Picadora para el fraccionamiento del
material acondicionador
Aeración
Durante el proceso es necesario
proporcionar oxígeno a la mezcla en
composteo, esto se puede llevar a cabo
mediante la aplicación de aeración
forzado o mediante el volteo de la
mezcla.
Aeración forzada
Se aplica aire a la masa de lodos por
medio de difusores y ventiladores. En las
fotos 10.20 y 10.21 se observan los
difusores construidos en PVC, los cuales
se perforan para que tenga salida el aire,
este difusor va conectado a un ventilador
centrífugo. El difusor va rodeado de
piedras para protección. Encima de esta
cama de piedra se coloca la mezcla lodomaterial acondicionador.
Foto 10.20 Difusores de PVC
Foto 10.21 Ventiladores centrífugos
290
Aeración por volteo
La aeración por volteo se lleva
a cabo con un cargador
frontal. Durante el primer mes
las pilas deben voltearse por
lo menos dos veces por
semana. En la foto 10.22 se
muestra un cargador frontal
pequeño volteando material
en composteo.
Foto 10.22 Cargador frontal para volúmenes de materiales pequeños
Áreas de un sistema de composteo
Para hacer la instalación de un sistema de composteo se requiere de diferentes áreas:
ο
ο
ο
ο
ο
ο
Almacén de lodo y material acondicionador.
Área de mezclado.
Área de pilas de composteo.
Área de pilas en curado.
Almacén de composta.
Área de análisis para control de proceso.
Calidad de la composta
En la tabla 10.27, se presenta la calidad de la composta en comparación con abonos
orgánicos.
Tabla 10.27. Comparación de nutrimentos de abonos y composta
Parámetro
pH
Materia orgánica %
Nitrógeno %
Fósforo %
Potasio %
•
Vacuno
8.7
48.24
2.10
0.58
3.10
Gallinaza
7.6
29.43
5.10
2.06
2.20
Abonos de:
Porcino
7.2
46.90
3.10
0.64
1.83
Ovino
9.0
48.24
2.30
0.72
4.36
Composta
6.3
6.3
5.0
0.94
0.36
Vermicomposteo
El vermicomposteo se define como la digestión de material orgánico por medio de
lombrices.
291
Además de la digestión de materia orgánica por medio de ingestión, las lombrices también
ayudan a la penetración de aire y agua debido a su movilización a través del sustrato. Este
movimiento permite el desplazamiento de partículas a lo largo de diferentes estratos.
Las lombrices pueden desarrollarse sólo bajo condiciones aerobias, que son provocadas
por la porosidad de los materiales donde subsisten y por la misma aeración que estos
animales provocan por su desplazamiento a través del material. Las condiciones aerobias
así establecidas ayudan al florecimiento de microorganismos aerobios que conjuntamente
con las lombrices degradan los desechos.
El vermicomposteo es una tecnología basada en la cría intensiva de lombrices para la
producción de humus a partir de un sustrato orgánico. Es un proceso de descomposición
natural, similar al composteo termofílico, pero en este el material orgánico, además de ser
atacado por los microorganismos (hongos, bacterias, actinomicetos y levaduras.)
existentes en el medio natural, también lo es por el complejo sistema digestivo de la
lombriz.
En el intestino de la lombriz ocurren cuatro procesos:
ο
ο
ο
ο
Fraccionamiento,
Desdoblamiento,
Síntesis y
Enriquecimiento enzimático y microbiano.
Esto tiene como consecuencia un aumento significativo en la velocidad de degradación y
mineralización del residuo, obteniendo un producto de alta calidad. Dicha transformación
hace que los niveles de pérdida de nutrientes como nitrógeno y potasio, sean mínimos con
relación a los sistemas tradicionales de composteo.
El resultado son dos productos de alta calidad:
ο El humus y
ο Las lombrices.
El proceso de humificación lo llevan a cabo bacterias y hongos, las lombrices actúan sobre
las poblaciones de microorganismos, balanceando las floras (consumen las bacterias del
ciclo del carbono y favorecen el desarrollo de las del nitrógeno).
Tipos de lombrices
Las lombrices pertenecen al grupo de los Anélidos
o gusanos anillados, reciben este nombre debido a
que su cuerpo se encuentra constituido por
metámeros o segmentos en forma de anillos,
figura 10.23. El cuerpo de estos animales es
alargado, cilíndrico, con una fina cutícula,
segregada por las células de la epidermis, por
donde estos animales efectúan la respiración.
292
Figura 10.23 Lombriz
Las lombrices se mueven por medio de movimientos ondulatorios de su cuerpo. La
reproducción es sexuada; existen muchas especies hermafroditas y unisexuales; otros se
reproducen de un modo asexual por escisión y por gemación.
Las especies de anélidos que se utilizan en el vermicomposteo difieren de las especies
que se encuentran comúnmente en el suelo, Appelhof, 1996.
En los siguientes incisos se presentan dos diferentes tipos de lombrices:
ο Lombrices formadoras de suelo
ο Lombrices composteadoras
Lombrices formadoras de suelo
Las especies formadoras de suelo facilitan la penetración de aire y agua. Ayudan además
al transporte de materiales en los diferentes estratos, estabilizan los agregados y
solubilizan los nutrimentos lo que favorece el crecimiento vegetal.
Las lombrices de tierra son de
una gran importancia económica,
porque
con
su
actividad
cavadora de tierra, en su estado
natural,
participan
en
la
fertilización,
aireación
y
formación del suelo, por su
efecto
marcado
sobre
la
estructuración del mismo, debido
a la mezcla permanente y el
reciclaje de bases totales, como
el calcio, el cual sustraen de las
capas más profundas del suelo
hacia la superficie, figura 10.24.
Entre
las
especies
representativas de este grupo
encontramos:
ο
ο
ο
ο
Figura 10.24 Lombrices formadoras de suelo
FUENTE: Rioja, 1975
Apporrectodea, sp.
Microscolex dubius
Octalasion cyaneum
Lumbricus terrestri
Las lombrices de tierra también pueden encontrarse en depósitos de lodo residual
consumiéndolo, sin embargo no pueden ser cultivadas porque escapan de los recipientes,
foto 10.23.
293
Foto 10.23 Lombrices formadoras de suelo encontradas cerca de lechos de secado de una planta de
tratamiento
Lombrices composteadoras
Las especies composteadoras, además de realizar las actividades descritas por las
lombrices formadoras de suelo, sobreviven en condiciones de alta carga orgánica de
material sin estabilizar, por lo que pueden ser utilizadas para transformar residuos
orgánicos en humus. Entre las especies más representativas de este grupo tenemos:
ο
ο
ο
ο
ο
Eisenia foetida
Eisenia andrei
Perionyx excavatus
Eudrilus eugeniae
Metaphire californica
En este documento trataremos a la especie Eisenia foetida debido a su importancia en el
vermicomposteo.
Foto 10.24 Grupo de lombrices composteadoras alimentadas con lodo residual
294
Descripción de Eisenia foetida
La lombriz roja E. foetida, es una de las lombrices que más se utilizan en el
vermicomposteo, vive normalmente en zonas con un clima templado. Su temperatura
corporal oscila entre los 19 y 20°C, foto 10.25. Desde el momento de su nacimiento, las
lombrices son autosuficientes; comen solas y sólo necesitan para sobrevivir que el sustrato
donde se encuentran sea lo suficientemente húmedo, poroso y tierno para ser perforado
por su minúscula boca.
Enseguida se describe su morfología, anatomía, forma de vida, reproducción y ciclo
hidrológico, potencial reproductor, factores limitantes, alimentación, humedad, temperatura,
pH, gases y relación carbono - nitrógeno.
Foto 10.25 Ejemplares de Eisenia foetida alimentadas con lodo residual
a) Morfología
Algunas características generales de este espécimen son, figura 10.25.
ο
ο
ο
ο
Mide de 6 a 8 cm de longitud.
Su diámetro oscila entre los 3 y los 5 mm.
Es de color rojo oscuro.
Respira a través de la piel.
Figura 10.25 Características generales de E. foetida
La lombriz cuando es adulta pesa casi 1 g, todos los días ingiere una cantidad de comida
equivalente a su peso, expidiendo, en forma de humus, el 60% de la misma. El 40% es
asimilado y utilizado por la lombriz como sustento.
295
b) Anatomía
En cada metámero se ubican cinco pares de corazones y un par de riñones. Esta es una
de las razones por las que si se parte una lombriz, una de las dos partes sobrevive,
precisamente la parte anterior, la que tiene la boca.
El clitelium se sitúa en la parte anterior del
cuerpo aproximadamente a la altura de su
primer tercio, si se considera la longitud
total de la lombriz, figura 10.26. El
clitelium sólo se puede ver en las
lombrices adultas, lo que indica su
madurez sexual; es como un anillo de
mayor diámetro (espesor) que el resto del
cuerpo. Este anillo contiene una glándula
que segrega un líquido especial cuya
finalidad es la de proteger a los huevos.
Figura 10.26 Clitelium y metámeros
c) Forma de vida
Para comer, la lombriz chupa la comida a través de su boca. Cuando aquella llega al
estómago, unas glándulas especiales se encargan de segregar carbonato cálcico, cuya
finalidad es neutralizar los ácidos presentes en la comida ingerida.
La lombriz también está dotada, de sistema circulatorio, nervioso y muscular. Este último,
está muy desarrollado tanto en sentido longitudinal como en sentido perimetral (circular);
ello le permite a la lombriz efectuar cualquier tipo de movimiento.
La lombriz E. foetida, avanza como todas las demás arrastrándose sobre el sustrato, ya
que su cuerpo está dotado de una serie de anillos que son capaces de adherirse (clavarse)
en el mismo.
Para avanzar, la lombriz fija los anillos anteriores en el terreno, encoge el resto del cuerpo
hacia la parte anterior (hacia la boca), fija entonces, hallándose encogida los anillos
posteriores; a continuación libera los anillos anteriores y, empujando con la parte posterior
del cuerpo la parte anterior, inicia el movimiento de avance.
En esta fase es cuando abre la boca y chupa la comida. Esta última, después de atravesar
todo el aparato digestivo, es expulsada por el ano, que se encuentra en la parte terminal.
d) Reproducción y ciclo biológico
Cada lombriz está dotada de un aparato genital masculino y de un aparato genital
femenino. El aparato genital masculino está integrado por los testículos que son glándulas
secretoras de esperma. Su situación es anterior, muy cerca de la boca.
El aparato genital femenino recibe el esperma y lo retiene hasta el momento de la
fecundación; este aparato se encuentra en una posición relativa posterior al aparato genital
masculino. Dos lombrices en fase de acoplamiento giran en sentido opuesto la una de la
otra, de esta manera, puede contactar el aparato genital masculino de una con el aparato
296
genital femenino de la otra. Así en cada acoplamiento, una lombriz recibe el esperma de la
otra y lo retiene en su propio aparato genital femenino hasta la fecundación.
La fecundación se efectúa a través del clitelium,
figura 10.26, cuyas glándulas producen el capullo o
cápsula (cocoon), foto 10.26. La cápsula tiene un
color amarillo-verdoso, con unas dimensiones
aproximadas de 2-3 por 2-4 mm, no siendo por lo
tanto redonda sino teniendo una forma parecida a
una pera muy pequeña, redondeada por una parte
y acuminada por la otra. Por esta última emergen
las lombrices después de 14-21 días de incubación.
Foto 10.26 Cápsulas o capullos de E. foetida
En el momento del nacimiento, las crías rompen la envoltura que ha adquirido un color café
más oscuro. El grupo de pequeñas lombrices, cuyo número oscila entre 2 y 21, es de color
blanco. A los 5 ó 6 días se parecen fenotípica mente a sus progenitores.
E. foetida vive poco más de 4 años en el
laboratorio, algunos autores refieren hasta
16 años, un año en condiciones de
producción intensiva y a la intemperie. Se
reproduce más de una vez por semana.
De cada acoplamiento resultan 2 cocones
(uno de cada consorte) conteniendo por
cocón de 2-4 lombrices (algunos autores
mencionan que hasta 21 lombricitas por
cocón).
Los cocones son abandonados por los
progenitores, permaneciendo en el medio
de cultivo de las lombrices y librados a su
suerte. Las lombrices se reproducen
prácticamente durante todo el año, figura
10.27.
Acoplamiento
(semanal)
Fecundación
cruzada de los
consortes
Premadurezmadurez
(50-65 días
posteclosión)
2 cocones
De cada cocón
eclosionan
2-4 juveniles
(después de una
incubación media
de 23 días)
Figura 10.27 Ciclo biológico de Eisenia foetida
(Dieta: estiércol vacuno, conejo; temperatura: 25ºC;
humedad: 80%)
Las lombricitas permanecen en el cocón un tiempo variable, que depende de la
temperatura reinante, siendo óptimo el desarrollo entre 20-25ºC, que se corresponde con
una permanencia de 14 a 44 días (o más si las temperaturas son inferiores). Se nutren
dentro del cocón de las secreciones albuminoideas proporcionadas por el clitelium cuando
tiene lugar la copulación.
Las lombrices son de desarrollo directo (no proporcionan larvas como ocurre en otros
invertebrados), naciendo del cocón pequeños animales parecidos a los padres, con los
mismos hábitos alimentarios y similar dieta.
297
Estos juveniles, son transparentes y de pocos milímetros de longitud, los cuales al cabo de
50-65 días, con tallas de 2-3 cm, alcanzan la capacidad para reproducirse a su vez, lo que
se evidencia con la aparición del clitelium. Los animales siguen creciendo hasta los 6 ó 7
cm de longitud (peso: 0,8 - 1,4 gramos).
En una población de lombrices pueden distinguirse 4 estadios o estratos:
1º Cocones.
2º Juveniles (lombrices transparentes, o con pigmento rojo insuficiente para opacar el tubo
digestivo que se observa por transparencia).
3º Animales sub-adultos, es decir ya bien pigmentados pero carentes de clitelium.
4º Adultos (clitelados).
El clitelium puede perderse en condiciones de malnutrición, estos animales desarrollan el
clitelium nuevamente al aportar más nutrientes al medio de cultivo. Las proporciones
relativas de estos segmentos poblacionales cambian muy rápidamente y se relacionan con
la frecuencia de las subdivisiones en los cultivos, y por ende con el grado de apiñamiento o
sobrepoblación de las lombrices en el cultivo, como se verá más adelante.
El tamaño del cocón depende del diámetro de la lombriz que lo produce, pero un mayor
tamaño no proporciona mayor cantidad de lombrices.
e) Potencial reproductor (R") de Eisenia foetida
La cantidad de lombrices por cocón constituye la fecundidad (lombrices por puesta). Esta
cantidad de lombrices se puede multiplicar por la cantidad de puestas por año
(supongamos una puesta/cocón semanal), es decir 52 (son las semanas que tiene el año).
Se debe considerar la proporción de animales subadultos y adultos de la población (se
suman ambos).
Este valor fluctúa mucho en la población. Si la población esta muy apiñada puede dar
guarismos próximos al 80% (que en el cálculo -como se verá- deben expresarse como
0,80), mientras que si hubo fugas de animales (emigran principalmente sub-adultos y
adultos) de los sectores del cultivo, la suma puede ser muy baja (menos de 20%, o sea
0,20), (Tomado de Curso de Lombricultura, Schuldt), Tabla 10.28.
Tabla 10.28. Cálculos para determinar el potencial reproductor de E. Foetida
Ejemplo 1.
Resultados del muestreo de un vermicultivo muy apiñado.
Porcentaje de sub-adultos en la muestra: 45%.
Porcentaje de adultos en la muestra: 35%.
La suma de ambos da 80%, o sea para el cálculo se consigna 0,80.
Suponiendo que sobre 100 animales se obtiene este valor, y la fecundidad es 2,5 lombrices/cocón,
entonces R" resulta de multiplicar 100 x 2,5 x 52 x 0,80, es decir 10.400.
El significado del valor obtenido es que 100 lombrices en ese instante del cultivo pueden proporcionar en un
año 10.400 lombrices, o lo que es lo mismo, cada lombriz potencialmente puede generar 104 lombrices
(resultado de dividir 10,400 por 100).
298
Ejemplo 2.
Resultados del muestreo de un vermicultivo recién sembrado y con baja densidad.
Porcentaje de sub-adultos en la muestra: 5%.
Porcentaje de adultos en la muestra: 15%.
Si la suma da 20%, R"=100x2,5x52x0,20=2.600; es decir cada lombriz produce 26 lombrices/año.
FUENTE: Schuldt, 2002.
f) Factores limitantes para los cultivos de lombrices
Las condiciones ambientales para un óptimo desarrollo son:
ο
ο
ο
ο
Una temperatura de 19 a 20°C,
Humedad del 80%,
pH de desarrollo entre 6.5 y 7.5 y
Baja luminosidad (los rayos ultravioleta las matan).
En estas condiciones una lombriz produce unas 1.500 lombrices por año que producen el
60% de la ingesta en forma de humus. Sin embargo, las lombrices permanecerán y se
desarrollarán en los cultivos si poseen alimento adecuado, humedad en torno al 80-90%,
temperatura sobre 0ºC y por debajo de los 32-35ºC, con un pH entre 4,5-5 a 8,5-9.
Otro factor a tener en cuenta es la capacidad de porte o soporte de cada sustrato/alimento,
ya que si la densidad poblacional (número de lombrices por unidad de superficie o
volumen) supera esta capacidad, tarde o temprano se producirán fugas.
g) Alimentación
Los desechos que se pueden procesar a través del vermicomposteo y que constituyen el
alimento de las lombrices pueden ser materiales orgánicos de origen diverso, por ejemplo:
ο
ο
ο
ο
ο
ο
ο
ο
Lodo residual municipal o industrial.
Residuos cloacales.
Residuos orgánicos de curtidurías.
Desperdicios agrícolas o agroindustriales: residuos de cultivos de cebollas y de
café.
Desperdicios de comida.
Basura municipal orgánica y desperdicios de mercados.
Basura de jardín.
Estiércoles: gallinaza, vacuno y ovino.
El composteo de basura de mercados se ha llevado a cabo en México a escala
experimental, (Téllez et. al., 1991), con buenos resultados, ya que se obtuvo un producto
con alto contenido de materia orgánica, (41.44%); y altos valores de elementos mayores
como nitrógeno, fósforo, potasio y calcio, (0.6-1.3%, 0.1-1.7%, 0.1-2.3%, 0.1-3.0%).
Para los materiales más tóxicos se recomienda utilizar un precomposteo aerobio
termofílico o anaerobio, el cual reduciría en un gran porcentaje el efecto tóxico de estos
materiales para las lombrices y la patogenicidad para los seres humanos como lo reporta
Harris, et al., 1990.
299
El alimento puede consistir de un solo desecho o mezclas de materiales orgánicos crudos
siempre y cuando no sean tóxicos.
Cuando los materiales son tóxicos es mejor pasarlos por una etapa previa de composteo
durante 45-60 días antes de que sean sembradas las lombrices, de este modo en estos
materiales se irán desarrollando los organismos (hongos, bacterias, algas, protozoarios)
que constituirán el alimento de las lombrices.
El procedimiento para preparar el alimento es el siguiente:
1º Se trituran para lograr una granulometría adecuada que puede variar con un tamaño de
partículas 1-10 cm, es necesario tomar en cuenta que la labor de las lombrices se facilita si
las partículas son más pequeñas.
2º Los materiales ya triturados se mezclan homogéneamente y se humectan para alcanzar
un porcentaje de humedad aproximada de 80%, suficiente para que las lombrices puedan
deslizarse ágilmente en los residuos.
No se debe olvidar que estos animales respiran a través de la piel, por lo que es necesario
tener condiciones de humedad adecuadas.
h) Humedad
Este factor es junto con la temperatura el que determina significativamente el desarrollo y
bienestar de la población del cultivo, traduciéndose en un incremento de la misma.
La humedad del cultivo conviene que fluctúe entre 80-90%. Este valor corresponde a 4045% del instrumental en uso en el ámbito agronómico (higrómetros).
Una prueba rápida para medir el porcentaje de humedad en el sustrato se conoce como
prueba de puño, la cual consiste en agarrar una cantidad del sustrato con el puño de una
mano, posteriormente se le aplica fuerza, lo normal de un brazo, y si salen de 8 a 10 gotas
es que la humedad está en un 80 % aproximadamente. En cualquier caso es mejor utilizar
un medidor de humedad.
Las lombrices toleran durante horas un exceso de humedad. Cuando llueve
torrencialmente las lombrices minimizan el impacto ascendiendo en el sustrato. Lo que
debe evitarse es el encharcamiento permanente, de allí que los sectores del cultivo deben
emplazarse en un terreno o lechos con buen drenaje y/o escurrimiento.
i) Temperatura
E. foetida tolera temperaturas entre 0º C y 42ºC, fuera de ese rango muere. Para fines
productivos lo óptimo es mantenerla entre 14ºC y 24ºC sobre todo si se requiere una
rápida expansión de la población.
La temperatura se maneja con la altura de la pila (lecho), alimentos más o menos frescos
(recién generados elevan la temperatura), adición de pajas, riego, sombrajos y cobertura
apropiada. De esta manera el cultivo prosperará tanto con heladas invernales intensas
como durante los días bochornosos del verano.
300
Existen termómetros digitales muy precisos y de fácil manejo, si bien por una cuestión de
costos puede utilizarse alguno de vidrio conteniendo alcohol, o en su defecto, mercurio
(conviene que sean largos 40 cm aproximadamente).
Conviene medir la temperatura diariamente si se inicia un cultivo, y a distintas
profundidades. La mano también orienta respecto de la temperatura del lecho. Una
sensación fresca implica temperaturas inferiores a 36ºC, y la tibieza/calor significa
temperaturas superiores a los 37ºC.
j) pH (Acidez / Alcalinidad)
La mayoría de los lodos municipales oscilan en pH de 6.5 a 8.5. Otros materiales orgánicos
con una etapa previa de descomposición (pre-compostados), como los estiércoles de
herbívoros (los estiércoles/camas aviares y/o de porcinos requieren consideraciones
adicionales) y restos vegetales, normalmente se hallan comprendidos entre 5 (ácido) y 9
(alcalino) puntos de esta escala donde 7 representa la neutralidad.
MO con estos valores extremos es invadida por las lombrices, evolucionando el pH
gradualmente hacia valores cercanos a 7 (6,8 a 7,4) y que caracteriza a la mayoría de las
vermicompostas.
Estos valores se pueden medir con un peachímetro ya sea digital (los mas caros) o bien
recurrir a los que usan los floricultores (económicos), de un solo electrodo (funcionan sin
pilas, cargándose con la limpieza/frotación). Existen también papeles que se presionan
contra el sustrato y el color que adquieren se compara con una escala que acompaña los
mismos y que permite aproximar el pH.
k) Gases
Las lombrices requieren oxígeno. Este gas presente en el aire en aproximadamente un
20%, posiblemente determine la profundidad hasta la que penetra E.foetida en el sustrato,
ya que el dióxido (anhídrido) carbónico, aún en concentraciones elevadas, no afecta
mayormente a las lombrices.
Consecuentemente, la compactación del sustrato puede circunscribir el accionar de los
animales, si bien a la larga lo descompactan. Normalmente, las lombrices no ingresan más
allá de los 40 cm de profundidad.
El amoníaco y otros compuestos amoniacales gaseosos o solubles en agua pueden
causarles daño en concentraciones elevadas. Estos productos son habituales en las fases
de descomposición de la materia orgánica rica en proteínas (cárneos, abundante verdura
de hoja, orines y algunos estiércoles de animales con mucha proteína residual, por ejemplo
los cerdos).
Los materiales para cubrir los lechos deben ser porosos como, paja, pasto o sintéticas del
tipo semisombra y descartarse todo material no poroso que pudiera entorpecer la libre
difusión de los gases.
301
l) Relación carbono-nitrógeno
Esta relación, en el marco de los procesos de composteo, permite predecir la velocidad a
la que transcurrirá el proceso y el avance del mismo. La materia orgánica recién emitida
posee siempre el valor mayor de esta relación, mientras que la materia orgánica
composteada se caracteriza por relaciones C/N bajas (en torno a 10/1).
El lodo residual por lo general tiene relaciones C/N muy bajas 5 a 10, por lo que si es
posible obtener otros materiales ricos en carbono como basura de jardín y bagazo de caña,
que es conveniente agregarlos para acelerar el proceso.
En general para que el proceso de vermicomposteo se desarrolle a buen ritmo, es
conveniente que la materia orgánica utilizada presente una relación C/N comprendida entre
40/1 y 30/1. Si la materia orgánica tiene relaciones muy por encima o debajo de esos
valores, es recomendable efectuar mezclas hasta adecuar la misma.
Es decir la materia orgánica con relaciones altas (aserrín, viruta, papel, pulpa de papel
pueden sobrepasar valores de 90/1 y 100/1) requiere la adición de compuestos ricos en
nitrógeno (lodo residual, orines, estiércoles de aves, cerdos), mientras que materia
orgánica con relaciones bajas requieren del agregado de fibras (carbono).
Un estiércol bovino/ovino posee un cociente C/N cercano a 40/1 y el equino no suele ser
inferior a 20/1. Las deyecciones de los cerdos rondan 15/1 y las egestas aviares suelen ser
inferiores a 10/1. Las camas de aves por el hecho de tener compuestos carbonados
(cáscaras de arroz o girasol) ven elevada su relación, que no obstante requiere aún el
agregado de fibras (paja de trigo).
Con estos datos es factible efectuar las mezclas correctoras requerida para la materia
orgánica que pretendemos utilizar como alimento. En la práctica, los estiércoles de
bovinos, equinos y conejos no requieren mezclado.
302
BIBLIOGRAFÍA
APHA, AWWA, WPCF (1989), Standard Methods for the Examination of Water &
Wastewater 17th., Ed. Washigton.
Azis, M.A. and Lawrence C.C. Koe. 1990, Potential utilization of sewage sludge. Wat. Sci.
Tech., Vol. 22, No. 12, pp. 277-285.
Bitton, Gabriel, Bobby L. Damron, G.T. Edds y J. M. Davidson (1980), Sludge-Health Risks
of Land Application, Ann Arbor Science.
Bruce, A.M. (Ed.) (1984), Sewage Sludge Stabilization and Disinfection, Ellis Horwood
Limited WRC.
Cabello, R. (1993), Microbiología y Parasitología Humana, Ed. Médica Panamericana, 1ra.
ed. 750 pp.
Cecil, L., D.R. Zenz, and R. Kuchenrither.(1992), "Municipal Sewage Sludge Management.
Processing, Utilization and Disposal", Water Quality Management Library, V4. Technomic
Publishing, Lancaster.
Cardoso Vigueros, Lina (2003), Curso de tratamiento y disposición de lodos residuales.
Composteo y vermicomposteo, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua.
Diario Oficial de la Federación del 18 y 22 de Octubre de 1993 y del 12 de enero y 29 de
noviembre de 1994.
Eckenfelder, W.W. & Ford, D.L. (1970), Water Pollution Control Experimental Procedures of
Process Design, The Pemberton Press.
Environmental Protection Agency (1979), Process Design Manual. Land Application of
Sewage Sludge and Septage, EPA/625/R95/001 (1995). Municipal Environment Research
Laboratory. Washington, D.C.
Environmental Protection Agency (1979), Process Design Manual for Sludge Treatment
and Disposal, EPA. 625/1-79-011, Municipal Environment Research Laboratory,
Washington, D.C.
Environmental Protection Agency (1989), Environmental Regulations and Technology: Use
and Disposal of Municipal Wastewater Sludge. Office of Water (WH-595) Washington D.C.
Environmental Protection Agency (1992), Environmental Regulations and Technology:
Control of Pathogen and Vector Attraction in Sewage Sludge, EPA/625/R-92/013.
Washington, D.C.
Environmental Protection Agency (1983).Land Application of Municipal Sludge. Process
Design Manual. US. EPA Technology Transfer, Washington, D.C.
Environmental Protection Agency (1986), Land Application of Municipal Sludge,
EPA-265/1-83-016, Cincinnati, OH., , pp.
303
Environmental Protection Canada 1984, Manual for Land Application of Treated Municipal
Wastewater and Sludge, Report EPS 6-EP-84-1, March.
Felipo, M.T., et al., (1981), Reutilización de aguas y lodos residuales procedentes de
depuradoras municipales a través del suelo, Anales de Edafología y Agrobiología, 20622067 pp., España.
Feachem, R., et. el. (1981), Health Aspcets of Excreta and Sullage Management.
Appropiate Technology for Water Supply & Sanitation. The World Bank.
Garrigan, G.A.. (1977), Land application guidelines for sludge contaminated with toxic
elements, Journal of Water Pollution Control Federal, Vol. 49.
Keime Patrick. (1982), ¿Los lodos, un subproducto útil en la agricultura?.
III Congreso Nacional de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Acapulco.
Kormanick, R.A., (1972), Estimating Solid Production for Sludge Handling. Water ans
Sewage Works. 16, 119, 12.
Lue Hing,, C.; Zenz, D.R. & Kuchenrither, R. (1992), Municipal Sewage Sludge
Management: Processing, Utilization and Disposal. Technomic, Publishing Co.
Maskew Fair Gordon, Charles Geyer John y Okun A. Daniel (1996), “Purificación de Aguas
y Tratamiento y Remoción de Aguas Residuales”, Vol. 2. Duodécima reimpresión. Ed.
Limusa.
Metcalf & Eddy (1995), “Ingeniería de Aguas Residuales”, Tomo II. Tercera edición, Ed.
McGraw-Hill.
Mijaylova Nacheva Petia (2003), Curso Tratamiento y disposición de lodos residuales.
Espesamiento y deshidratación de los lodos residuales. Instituto Mexicano de Tecnología
del Agua, México.
Moeller Chavez Gabriela (2003). Curso Tratamiento y disposición de lodos residuales.
Características de los lodos residuales. Sistemas de tratamiento de lodos residuales.
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, México.
Ramalho R. S., (1991), “Tratamiento de Aguas Residuales”, Segunda edición, Ed. Reverté.
Ramírez Camperos Esperanza (2003), Curso de tratamiento y disposición de lodos
residuales. Composteo de lodos residuales, Estabilización alcalina, Instituto Mexicano de
Tecnología del Agua, México.
U.S. Environmental Protection Agency. (1993), Standars for the Use and Disposal of
Sewage Sludge (40 CFR Parts 257, 403 and 503) Final Rule and Phased-IN submission of
Sewage Sludge Permit Application (Revision to 40 CFR Parts 122, 123 and 501) Final
Rule. Excerpted from the Federal Registe, Vol. 58 9248-9415. Water Environment
Federation. pp 1-157.
304
U.S. Environmental Protection Agency. (1995), Process Design Manual, Land Application
of Sewage Sludge and Domestic Septage. EPA/625/R-95/001, pp 68.
Vesilind, P.A., Hartman, G.C., et. al. (1988), Sludge Management & Disposal for the
Practicing Engineer. Lewis Publisher, Inc.
Vesilind Aarne, P. (1975), Treatment and Disposal of Sludges Ann Arbor. Michigan.
Water Pollution Control Federation (WPCF) (1985), Operation of Wastewater Treatment
Plants. Manual of Practice No. 11.
Winkler Michael A., (1994). “Tratamiento biológico de Aguas de Desecho, Tercera
reimpresión, Ed. Limusa.
305
1. ¿Qué elementos se deben tomar en cuenta al evaluar alternativas para el uso y
disposición de los lodos residuales?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
2. Mencione las cuatro formas que presenta el agua contenida en un lodo residual.
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
3. ¿Qué parámetros se deben emplear para determinar el contenido de materia orgánica?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
4. Son dos las principales normas vigentes relativas al manejo de lodos residuales, ¿de
qué trata la NOM-004-SEMARNAT-2002?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
5. Considerando las alternativas tecnológicas que existen para el tratamiento de lodos
residuales, ¿qué proceso utiliza energía para desaguar, destruir o reducir la toxicidad de
los lodos?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
6. Mencione cuatro de los métodos más comunes de espesamiento para lodos residuales
306
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
7. ¿Cuáles son los parámetros que permiten definir la estabilidad de un lodo?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
8. ¿El método de pre-estabilización con cal consiste en aplicación de cal antes de?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
9. ¿En qué consiste el proceso de composteo?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
10. ¿Qué características debe tener el sustrato donde vive la lombriz roja E. foetida?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
307
308
ANEXOS
ANEXO A. TÉCNICAS DE MUESTREO
Autor: Hortensia Ruiz Magallanes
Introducción
El objeto del muestreo es colectar una porción del material (muestra), cuyas características
sean representativas de aquellas que pertenecen al material del cual se tomo la muestra.
Esto implica que la proporción o concentración relativa de todos los componentes serán las
mismas en las muestras que en el material de donde proceden, y que dichas muestras
serán manejadas de tal forma que no se produzcan alteraciones significativas en su
composición antes de que se hagan las pruebas correspondientes.
Dada la importancia que representa tener la certidumbre de los resultados analíticos de los
parámetros para evaluar sistemas de tratamiento, controlar los procesos de tratamiento,
manifestar la calidad del efluente tratado o bien para fines de investigación, es necesario
tener en claro el siguiente axioma: “el resultado de cualquier procedimiento de prueba no
es mejor que la muestra a partir de la cual fue realizado”.
La calidad de los resultados depende de las siguientes actividades:
a)
b)
c)
d)
e)
Formular los objetivos particulares para el programa de muestreo.
Colectar muestras representativas.
Manejar adecuadamente la muestra y su preservación.
Observar los lineamientos de aseguramiento y control de calidad en el campo.
Analizar apropiadamente las muestras.
Cada uno de los puntos anteriores es importante para asegurar que los datos obtenidos
son validos y confiables.
Objetivos de un programa de muestreo
Un programa de muestreo es un documento en el que se define información concerniente
al muestreo, además del objetivo básicamente se especifica:
•
•
•
•
•
El qué
Cómo
Cuándo
Dónde
Quién
Para concretar los puntos mencionados, este documento debe contener los siguientes
aspectos:
309
Objetivo (s): Establecer el propósito del muestreo de manera que quede registrado que el
objetivo del muestreo satisface los requerimientos del proyecto.
a) Antecedentes: Revisión de la información previa para definir el punto de partida del
proyecto o para replantear el programa de monitoreo.
b) Mapas e información geográfica: Que servirán para ubicar la zona de estudio y
localizar los sitios de muestreo.
c) Justificación: Fundamentar lo que se va a realizar.
d) Solicitud de análisis: Para asegurar que el laboratorio tiene conocimiento de que
llegarán un número determinado de muestras y que estas sean analizadas dentro
del tiempo límite. Se debe especificar si existe algún requisito en lo que se refiere al
límite mínimo de cuantificación.
e) Métodos y procedimientos de campo: Especificar la manera en que se realizará el
monitoreo y asegurar que se lleva a cabo el control de calidad en campo.
f) Plan de salud y seguridad: Debido a que muchas veces el muestreo se realiza en
lugares contaminados y lejanos a cualquier atención médica, es importante estar
enterado de los requisitos de seguridad.
Se aconseja incluir a los requisitos marcados por la Environmental Protection Agency
(EPA), un cuadro en el que se indique el personal participante y la asignación de
responsabilidades considerando:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
310
Visita de reconocimiento del sitio.
Determinación de las estaciones de monitoreo, una estación es un sitio específico
cerca de o en un cuerpo de agua del que se tomará la muestra, su ubicación es
fundamental para el éxito del programa.
Fuente de la muestra (agua superficial, agua residual, agua subterránea y suelos).
Frecuencia de muestreo y tipo de muestra (simple o compuesta).
Procedimiento de colección de muestras (manual o automatizado).
Parámetros de campo y aquellos a analizar en laboratorio.
Número de muestras.
Solicitud de análisis al laboratorio.
Determinación del volumen de muestra a colectar en cada punto y por parámetro,
incluyendo el necesario para los controles de calidad.
Elaboración de la lista de verificación y recabación del material especificado, la
Presentación de esta lista puede dividirse en material de muestreo, de la
determinación de parámetros de campo, de registro y de seguridad general.
Procedimientos de muestreo y control de calidad en campo.
Preparación de equipo de campo, que deberá ser calibrado antes de salir.
Preparación de preservadores y soluciones, incluyendo los blancos de viaje.
Preparación del material de seguridad, en la visita de reconocimiento se observará
aquello que es necesario llevar: chalecos salvavidas, botas, guantes, mascarillas,
botiquín.
El programa de muestreo constituye una herramienta tanto para la realización
misma del muestreo como para comprobar que este se diseño de acuerdo al
objetivo del proyecto del que forma parte.
Hay que tomar en cuenta que un programa de muestreo completo es un instrumento para
proteger al grupo que realiza el muestro contra errores u omisiones que podrían
comprometer o incluso invalidar los resultados del muestreo.
Los análisis de laboratorio son caros, son procesos que en ocasiones requieren mucho
tiempo, por eso la importancia de asegurar, desde antes de iniciar el muestreo, que las
muestras colectadas contribuirán de manera precisa a los objetivos del proyecto.
Preparación
Una vez que el plan de muestreo ha sido aprobado por el responsable o que las partes que
intervienen están de acuerdo, podrá iniciarse con la etapa de preparación.
Envases y preservadores químicos
Los recipientes o envases en los que se colectaran las muestras deben ser de materiales
inertes al contenido del agua, en general se recomiendan los recipientes de vidrio o
polietileno. Las tapas deben proporcionar un cierre hermético en los recipientes y ser de un
material afín al del recipiente. Su capacidad estará en función de los parámetros que se
determinarán a esa muestra de agua.
Los envases deben estar perfectamente limpios y su lavado depende del tipo de parámetro
para el que se tomará la muestra, algunos parámetros requieren de un lavado normal
mientras que otros requieren de un tratamiento adicional, como lo es el remojar en ácido el
material durante un lapso de tiempo determinado; en cualquiera de los casos se debe tener
cuidado de enjuagar con suficiente agua desionizada y en el momento de muestrear
enjuagar al menos tres veces con agua de la que se va a muestrear, esto solo para
muestras en las que se harán determinaciones fisicoquímicas (excepto para grasas y
aceites).
En el caso de muestras bacteriológicas se requiere que el envase este esterilizado así que
no se debe enjuagar con nada antes de tomar la muestra.
Una vez que se están recabando los recipientes para muestreo es muy importante iniciar
con una cadena de custodia en la que se registre el tipo y número de recipientes para
muestreo; una buena práctica es siempre incluir recipientes extra de muestreo sin olvidar
incluir aquellos necesarios para el control de calidad.
Algunas muestras requieren de almacenamiento a baja temperatura y/o preservación con
productos químicos, esto con el objeto de detener o retardar las reacciones bioquímicas
que se llevan a cabo en las muestras hasta el momento de efectuar su análisis. Entre los
preservadores químicos mas utilizados están: el ácido clorhídrico, el sulfúrico, nítrico y
tiosulfato de sodio.
Las botellas en las que se transporten este tipo de material deben estar perfectamente
cerradas e identificadas y acompañar la cadena de custodia con la información general del
material y su manejo seguro. En la tabla 1 se presentan, dependiendo del parámetro a
determinar, las características en cuanto al tipo de material, volumen mínimo, preservación
de la muestra y tiempo máximo entre la colecta y el análisis, el tipo de muestra, simple o
compuesta.
311
Tabla 1 Tiempo de almacenamiento, preservación y volumen de muestra
RECIPIENTE
P – Polietileno
V – Vidrio
VOL. MIN.
MUESTRA
TIPO
MUESTRA
PRESERVACIÓN
TIEMPO LÍMITE
DE ANÁLISIS
P, V
500 ml
Simple
4 ° C, sin espacio
libre
24 h
DBO
P, V
1,000 ml agua
clara
100 ml agua
residual
Simple
DQO
V
100 ml
Simple,
compuesta
4 °C y H2SO4
pH<2
28d
V y boca
ancha
1000 ml,
¾ partes del
frasco
Simple
4 °C y HCl
pH<2
28 d
Nitrógeno total
P, V
500 ml
Nitrógeno
amoniacal
P, V
500 ml
Nitratos
P, V
100 ml
Nitratos+Nitritos
P, V
200 ml
Nitritos
P, V
100 ml
P, V
P, V
V, frasco
Winkler
100 ml
100 ml
Simple,
compuesta
Simple,
compuesta
Simple,
compuesta
Simple,
compuesta
Simple,
compuesta
Simple
Simple
300 ml
Simple
P, V
100 ml agua
residual
500 ml agua clara
Simple,
compuesta
4°C
7d
P, V
200 ml
Simple,
compuesta
4 °C
7d
Coliformes
P,V,
esterilizados
300 ml
Simple
4°C
24 h
Huevos de
Helmintos
P, paredes
lisas
4,000 ml
Simple
4C
30 mL formol/L
muestra
6 Meses
PARÁMETRO
Alcalinidad
Grasas y Aceites
Fósforo orto
Fósforo Total
Oxígeno disuelto
Sólidos
Suspendidos
Totales
Sólidos
Suspendidos
Volatiles
24 h
4 °C y H2SO4
pH<2
4 °C y H2SO4
pH<2
4 °C y H2SO4
pH<2
4 °C y H2SO4
pH<2
28d
7d
48h
28 d
4°C
48 h
4°C
4°C
MnSO4, Álcali
yoduro, H2SO4
24 h
28 d
28 hr
Revisión del equipo de muestreo de campo
La obtención de muestras representativas comúnmente requiere de muchas provisiones y
equipo, si tomamos en cuenta que la mayoría de las veces la localización de los sitios de
muestreo hace difícil reabastecerse de provisiones o recoger artículos olvidados, para
evitar situaciones de este tipo se recomienda recabar el material y equipo de muestreo de
acuerdo a una lista de verificación cuyo contenido variará dependiendo de las condiciones
particulares del lugar en que se llevará a cabo cada muestreo; al registrar cada artículo que
se va colectando se registra en la lista, de tal manera que sea fácil darse cuenta al
observar la tabla o lista de verificación lo que pudiera faltar. Se pueden elaborar formatos
para verificar la lista de provisiones antes de salir a campo.
312
Listas de verificación:
En los siguientes párrafos se mencionan algunos de los puntos mas importantes que debe
considerarse en cada rubro.
a) Supervivencia en campo
• Mapa de localización
• Radio o teléfono celular (verificar antes si hay sepal)
• Credencial
• Permiso para muestrear la zona
• Agua o electrolitos para beber
• Botas de hule y/o botas pantaloneras
• Cubrebocas
• Mascarilla
• Guantes de uso rudo
• Pilas de repuesto
• Duplicado llaves de vehículo
• Extinguidor
• Cuerda
• Linterna
• Impermeable o manga
• Jabón y una muda de ropa
• Chaleco salvavidas
• Cuerda
b) Muestreo
• Botella o muestreador de Van Dorn
• Cable para el muestreador
• Cubeta aforada
• Cuerda
• Embudo
• Flexómetro
• Recipientes de muestreo
• Medidor de flujo, molinete
• Cronómetro
• Procedimientos
• Hoja de campo
• Cadena de custodia
• Formato de salida de equipo ya autorizado
• Mapa de estaciones
• Programa de muestreo e itinerario
• Oficio de comisión
• Procedimientos de muestreo
• Procedimientos de operación del equipo campo
c) Medición de parámetros en campo
• Pipetas pasteur o gotero
• Recipientes para medición de parámetros de campo
313
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Buffer pH 4, 7 y 10
Conductímetro
Oxímetro
Papel pH
Potenciómetro
Termómetro
Sonda multiparámetros
Kit medidor cloro residual con reactivos
Pilas repuesto para los equipos
d) Limpieza y descontaminación
• Agua
• Agua desionizada
• Pizeta
• Bolsas para basura
• Detergente libre de fosfatos
Al reunir el equipo para muestreo en campo, debe revisar que las pilas operen
apropiadamente, calíbrelo antes de salir. Revise la separación de la columna de mercurio
en los termómetros de vidrio y verifique que los muestreadores que utilizará son los
apropiados para los parámetros que se determinarán, por ejemplo si tomara una muestra
para determinación de metales no utilice un muestreador de este material y sobre todo
siempre lave y descontamine el equipo antes de utilizarlo o reutilizarlo entre una estación y
otra, los pasos y agentes de limpieza dependerán del tipo de parámetros a monitorear.
A continuación se enumeran los pasos que la Agencia de Protección al Ambiente
recomienda para la limpieza del equipo de muestreo:
1. Limpiar con detergente sin fosfatos.
2. Enjuagar con agua de la llave.
3. Enjuagar con una solución de ácido nítrico al 10% si es que existe la posibilidad de
contaminación de metales.
4. Enjuagar con agua desionizada.
5. Enjuagar con solvente grado plaguicidas (si es que existe la posibilidad de
contaminación por medio de orgánicos volátiles).
6. Enjuagar dos veces con agua desionizada.
7. Enjuagar con agua libre de compuestos orgánicos.
8. Secar al aire en un lugar libre de polvo o con una corriente de nitrógeno.
9. Envolver el equipo limpio inorgánico en papel celofán y el limpio orgánico en papel
aluminio, para que no se contamine durante el transporte al sitio de muestreo.
Además de la limpieza, la calibración del equipo para determinación de parámetros en
campo es muy importante, además de verificar el equipo antes de salir, en campo se tiene
que re-calibrar, ya que hay una gran variedad de instrumentación usada para el muestreo
de calidad del agua.
314
Lleve siempre consigo el manual o el
procedimiento de operación y calibración del
equipo; es muy importante documentar los
resultados obtenidos de la calibración en la
bitácora de campo ya que esto es la evidencia
de que la calibración se realizó conforme a
esos procedimientos.
Ubicación de la estación de muestreo
Antes de salir revise la información referente a
la ubicación y descripción de las estaciones de
muestreo, estas deberán estar marcadas
exactamente en un mapa ya que de lo
contrario se corre el riesgo de tomar muestras
que no correspondan al sitio deseado, cuando
las haya observe las fotografías, verifique si
puede tomar alguna referencia para ubicar el
sitio y haga uso de las herramientas para
medir distancias y estar seguro de que las
muestras que tomará son las que
corresponden.
Foto 1 Muestreo
Si usted es el que esta a cargo de organizar el muestreo, saque fotos en cada una de las
visitas previas al muestreo para poder comparar si ocurren cambios significativos que
pudieran alterar los resultados o que incluso hicieran pensar en cambiar la estación.
El muestreo
Una vez que se han realizado las fases de planeación y preparación, todo estará listo para
proceder a colectar las muestras representativas; especialmente en esta etapa es
importante seguir las recomendaciones en cuanto a los lineamientos de seguridad, por lo
que debe conocerlos. Lleve consigo identificación y siempre que sea posible un teléfono o
radio de comunicación, notifique a sus compañeros su itinerario y ubicaciones.
Nunca debe salir solo a campo, identifique antes de salir la ubicación de clínicas u
hospitales más cercanos, adquirir las inmunizaciones apropiadas; recuerde siempre ser
precavido pues también de esto depende el éxito del muestreo.
Registro en campo
La colecta de muestras no solo involucra el proceso de adquirir físicamente la mejor
muestra para el futuro análisis, sino también el caracterizar el ambiente en el que fue
tomada la muestra. El objeto de la muestra y de las mediciones en campo es representar
con exactitud el agua en ese momento y para ello se requiere de una documentación
adecuada que asegure un mantenimiento y control de calidad en el muestreo.
315
El registro de las actividades debe realizarse en una bitácora de campo, estos apuntes
deben ser tan legibles y completos como sea posible (condiciones climatológicas
importantes, tipo y método de muestreo, resultados de las mediciones hechas en campo,
calibración de equipo, ubicación del sitio y tipos de muestras utilizadas como control de
calidad. Esta bitácora deberá ir firmada por todo el personal que participa en el muestreo.
Además de las anotaciones hechas en la bitácora de campo se recomienda utilizar
formatos pre-elaborados cuya utilización facilite concentrar el registro de la información
referente a las muestras: nombre, lugar de muestreo, número de recipientes por
preservación, número total de recipientes por muestra, preservación, parámetro a
determinar, hora en la que se tomó cada muestra, registro de muestras dobles, blancos de
campo, de viaje, de equipo, nombre del muestreador y, por supuesto, el nombre del
responsable de entrega de muestras, esto para seguir con la cadena de custodia.
El que una muestra o un grupo de muestras esta en custodia significa que hay un
responsable que tiene la posesión física de las muestras, esta responsabilidad termina tan
pronto como se hace entrega de las muestras a quien las transportará o a quien las reciba
en laboratorio; siempre que haya un cambio de responsable de las muestras los dos
involucrados deberán firmar y poner fecha y hora en el formato de custodia.
En la lámina 1 se muestra una etiqueta de campo utilizada en el IMTA.
LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS DE TRATAMIENTO
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
MUESTREADOR:______________ FECHA:__________ HORA:_________
LUGAR DE MUESTREO:_________________________________________
NOMBRE DE MUESTRA:_________________________________________
PRESERVACIÓN:_______________________________________________
ANÁLISIS:_____________________________________________________
No. DE CONTROL:___________________ CASILLERO: _______________
Lámina 1 Formato de etiqueta
Colecta de muestras
En base al objetivo del estudio, características del cauce y tipo de agua, las muestras que
se colectan pueden ser:
a) Simples
b) Compuestas
316
a) Muestras simples
Son aquellas muestras individuales tomadas en un corto periodo y de forma tal que el
tiempo empleado en su extracción sea el transcurrido para completar el volumen
necesario. Este tipo de muestras se utiliza cuando se considera que el agua a muestrear
presenta características uniformes o en un cuerpo de agua cuando el nivel no es
demasiado profundo.
b) Muestras compuestas
Es la que resulta del mezclado de varias muestras simples colectadas en el mismo sitio en
diferentes tiempos. Normalmente se colecta cada 6 o 4 horas, en un periodo de 24 horas,
siendo el volumen de la muestra proporcional al flujo del agua. La mezcla proporciona una
muestra que promedia las variaciones en su composición minimizando costos y reduciendo
el número de análisis.
El volumen de las muestras deberá ser siempre constante (por ejemplo 200 ml en cada
ocasión) a intervalos constantes de tiempo (por ejemplo cada 4 horas), y bien mezclados al
final del periodo de composición. Las muestras para compuestos orgánicos volátiles,
grasas y aceites, hidrocarburos totales recuperables y microbiológicas nunca deberán ser
compuestas.
La normatividad mexicana marca, para descargas de aguas residuales, la siguiente
frecuencia de muestreo de acuerdo al número de horas por día que opera el proceso
generador de la descarga (Tabla 2).
Tabla 2 Frecuencia para descargas de aguas residuales
HORAS POR DÍA QUE
OPERA EL PROCESO
Menor que 4
De 4 a 8
Mayo que 8 y hasta 12
NUMERO DE
MUESTRAS SIMPLES
Mínimo 2
4
4
6
6
INTERVALO ENTRE TOMA DE
MUESTRAS SIMPLES
MÍNIMO
MÁXIMO
1
2
2
3
2
3
3
4
Las muestras compuestas proporcionales al gasto se preparan mediante la siguiente
ecuación:
 Qi 
VMSi = VMC *  
 Qt 
Donde:
VMSi = Volumen de cada una de las muestras simples “i”, litros
VMC = Volumen de cada muestra compuesta necesaria para realizar la totalidad de los
análisis de laboratorio requeridos, litros.
Qi
= Caudal de la descarga en el momento de tomar la muestra simple, litros/segundo.
Qt
= ΣQi hasta Qn, litros/segundo.
317
Ejemplo: Se desea preparar una muestra compuesta para realizar la manifestación del
pago de derechos de descarga a la Comisión Nacional del Agua, los parámetros a analizar
y sus volúmenes son los indicados en la tabla 3 para un proceso que opera las 24 horas. El
volumen total requerido de acuerdo a esta tabla es de 3.750 litros agregándose un
excedente de 1.250 litros para el enjuague previo de los recipientes, con lo cual da un
volumen total a preparar de 5 litros (VMC). De acuerdo a la tabla 2, el número de muestras
simples son seis, tomadas cada cuatro horas.
Tabla 3 Ejemplo de cálculo de muestra compuesta
No. de muestra
Gasto (L/s)
Cálculo
Volumen
proporcional (L)
1
2
3
4
5
6
200
150
175
200
125
100
VMSi = 5* (200/950)
VMSi = 5* (150/950)
VMSi = 5* (175/950)
VMSi = 5* (200/950)
VMSi = 5* (125/950)
VMSi = 5* (100/950)
1.05
0.79
0.92
1.05
0.66
0.53
El proceso de colecta de muestras debe considerar una serie de puntos importantes que
se mencionan en los siguientes párrafos como medidas de recomendación general,
pudiendo variar de acuerdo a las necesidades específicas del programa de muestreo en
cuestión.
Muestreo de ríos y arroyos
Una vez que se ha logrado transportar hasta el sitio de muestreo todos los artículos
necesarios para realizar el muestreo, el primer paso es la determinación de los parámetros
de campo seguido de la medición de flujo; después la colecta y preservación de muestras
paralelamente a las actividades de registro y finalmente las actividades de limpieza.
Parámetros de campo: una vez que ha recalibrado en campo el equipo de acuerdo a los
procedimientos de cada equipo, mida y registre los parámetros de campo: temperatura,
conductividad eléctrica, pH y OD. Siempre que sea posible la determinación se debe
realizar directamente en una sección no perturbada del cuerpo de agua, cuando no sea
posible se toma una muestra se realiza la determinación de parámetros de campo en una
muestra extraída. Realizar la determinación por triplicado.
Si la temperatura se realiza sobre una muestra, se efectúa la determinación a la sombra.
De preferencia deben utilizarse termómetros de inmersión parcial, pero si no se tiene
puede utilizarse el de inmersión total, haciendo la corrección de temperatura
correspondiente, para ello se debe registrar la lectura del termómetro (T0), la altura de la
columna de mercurio que emerge del agua (n) y la temperatura medida con un segundo
termómetro a la mitad de la altura de la columna emergente (t). Utilizar la siguiente
expresión:
T (corregida ) = T 0 + kn(T0 − t )
318
k es el coeficiente de expansión diferencial de mercurio del vidrio y tiene un valor de
0.00016 °C para termómetros de vidrio con escala en grados Celsius y lecturas de
temperatura hasta 100 °C.
Para los casos en que la medición de OD se realiza en una muestra contenida en un
recipiente, se debe tener cuidado de no agitar o airear la muestra. Si esta medición se
realiza directamente en el cuerpo de agua se debe evitar realizar la medición en puntos
cercanos a turbulencia, ya que esto favorece la incorporación de aire atmosférico al agua.
La conductividad eléctrica debe determinarse de preferencia con las muestras y solución
de calibración a temperatura ambiente, en caso que no sea así se debe realizar el cálculo
por compensación de temperatura, hay equipos que lo traen ya integrado.
En cuanto a las condiciones físicas de la muestra, si trae gran concentración de materia en
suspensión es preferible dejarla sedimentar antes de realizar la medición; no se debe dejar
la muestra expuesta a la atmósfera por largos periodos de tiempo ya que esto cambia la
conductividad. La medición se realiza por triplicado y se reporta el promedio.
Para determinar el pH puede primero introducir una tira de papel universal y en base al
valor de pH obtenido con la tira podrá seleccionar las dos soluciones patrón que utilizará
para calibrar el potenciómetro. Una vez que sumerja el electrodo espere hasta que la
lectura se estabilice y realice también esta determinación por triplicado.
Existen varios métodos, aquí describiremos el de sección y velocidad. Antes de colectar las
muestras anote la velocidad de flujo del río:
•
•
•
•
•
•
Ubique un canal derecho en el que el flujo sea uniforme y libre de remolinos o
turbulencia excesiva, mida el área de la sección transversal.
Para determinar el área de la sección transversal primero debe determinar el ancho
del río, extienda un cable o cinta de medir de un extremo a otro del río y en dirección
perpendicular al sentido del flujo, registre el dato.
Sobre la misma cuerda debe segmentar en varias secciones el ancho del río,
tratando de que a través de estas no pase más del 5% del flujo total.
El siguiente paso es medir la profundidad a diferentes alturas en la vertical que
divide a los segmentos (esto puede hacerse mediante una sonda o directamente
con alguna varilla) y posteriormente se mide la velocidad del agua en cada nivel (la
velocidad puede determinarse con un molinete o por ejemplo tomando el tiempo en
que un flotador recorre una distancia conocida).
Se promedia el valor de la velocidad obtenida para cada nivel y se repite la
operación para cada línea de división hasta llegar a la otra orilla.
Una vez que se conoce la velocidad promedio, el ancho y profundidad en cada
incremento se puede calcular el flujo total en cada segmento, sume los flujos de
cada segmento para calcular el flujo total del río y registre todos estos datos y
cálculos en su libreta de campo.
319
Foto 2 Aforo de río
Muestreo en tomas
Cada toma de muestreo debe tener una válvula de cierre que permita el paso libre de las
aguas residuales y de los materiales que pueda contener, además de proporcionar un
cierre hermético de la toma. Esta válvula y los accesorios necesarios para su instalación
deben de ser de materiales similares a los de la toma o conductos en los que se instalen.
La toma debe tener un diámetro adecuado con la menor longitud posible, situando las
válvulas de tal manera que las muestras sean representativas de la descarga. Para tomar
la muestra se deja fluir un volumen aproximadamente igual a 10 veces la cantidad de la
muestra y a continuación se llena el recipiente de muestreo.
Muestreo en descargas libres
Cuando las aguas residuales fluyen libremente en forma de chorro, debe emplearse el
siguiente procedimiento:
•
•
•
El recipiente muestreador se debe enjuagar repetidas veces antes de efectuar el
muestreo.
Se introduce el recipiente muestreador en la descarga o de ser posible se toma
directamente la muestra en su recipiente.
La muestra se transfiere del recipiente muestreador al recipiente para la muestra
cuidando que esta siga siendo representativa. La muestra debe agitarse
constantemente para que no se sedimente.
Muestreo en canales y colectores
•
•
320
Se recomienda tomar las muestras en el centro del canal o colector, de preferencia
en lugares donde el flujo sea turbulento a fin de asegurar un buen mezclado.
Si se va a evaluar el contenido de grasas y aceites, se deben tomar porciones, a
nivel superficial, cuando no haya mucha turbulencia para asegurar una mayor
representatividad.
•
•
Excepto para determinación de parámetros microbiológicos y grasas y aceites, el
recipiente muestreador se debe enjuagar repetidas veces con el agua por muestrear
antes de colectar la muestra.
El recipiente muestreador o botella Van Dorr atado y sostenido con la mano, se
introduce en el agua y se extrae la muestra a un tercio de la profundidad total.
Muestreo en tanques y lagos
Como en el muestreo de ríos y arroyos, mida primero los parámetros de campo,
temperatura, conductividad eléctrica, pH y el OD para evaluar la variabilidad y
estratificación tridimensional. Tome muestras por todo el lago y a diferentes profundidades,
al menos tres.
Si el lago está estratificado, anote la profundidad y el espesor de la capa de arriba, de
zonas de transición y de las capas de abajo sin mezclar la muestra con el sedimento del
fondo.
En lagos poco profundos se considera que la concentración de OD es moderadamente
uniforme con la profundidad, en estos casos se recomienda sacar la muestra del centro del
lago a una profundidad de 30 cm.
Procedimientos de muestreo
Muestreo manual
El muestreo manual se realiza por una
persona entrenada para recolectar las
muestras en los sitios y tiempos
definidos. Esto implica la necesidad de
un
desplazamiento
continuo
del
muestreador durante el tiempo para
generar las muestras simples y/o las
compuestas (Foto 3).
El procedimiento general utilizado para
el muestreo en corrientes es el
siguiente:
•
•
•
•
Foto 3. Muestreo manual
Se localiza el sitio de acuerdo a su ubicación previa en el plano y se procede a la
recolección de la muestra dependiendo del sitio del que se trate.
Se calibra el equipo de campo.
Los recipientes de muestreo deberán ser previamente identificados por medio de
una etiqueta autoadherible e impermeable con marcador a de tinta indeleble, de tal
manera que en el momento de tomar la muestra se llenen los espacios, anotando la
fecha y la hora en que se toma la muestra, nombre de la muestra, preservación y los
parámetros a analizar.
El número de control y casillero son datos que el laboratorio asignara para dar una
identificación única a la muestra y localizarla en el momento que se requiera, en la
lámina 1 se muestra el ejemplo de una etiqueta para identificación de muestras.
321
•
•
•
Realice la determinación de los parámetros de campo y enseguida, tome la muestra
o haga la determinación de los parámetros de campo en la muestra misma, según
las condiciones. Recuerde enjuagar tres veces el recipiente antes de depositar el
volumen adecuado.
Se repite el procedimiento de muestreo hasta llenar el recipiente para los análisis de
laboratorio con la excepción de que para la determinación de parámetros
microbiológicos y grasas y aceites el recipiente muestreador no se debe enjuagar
agua de la muestra.
Preservar las muestras de acuerdo a lo indicado en la tabla 1 y en el punto 6.
Muestreo automático
Los muestreadores automáticos son equipos que permiten la obtención de muestras
compuestas proporcionales al flujo y a intervalos previamente programados. Los equipos
existentes en el mercado, pueden incluir recipientes de diferentes capacidades,
determinación de parámetros de campo incluyendo el gasto y la preservación a
temperatura de refrigeración.
Las ventajas de estos equipos es que permiten reducir el error humano siendo su principal
desventaja su costo. Se permite el empleo de muestreadores automáticos siempre y
cuando se operen de acuerdo con las instrucciones del fabricante, además de darles el
mantenimiento adecuado, asegurando de esta manera la obtención de muestras
representativas. Se pueden utilizar en descargas libres, canales y colectores.
Preservación de muestras
Las muestras se preservan con el objeto de detener o retardar las reacciones químicas que
sufren después de su recolección alterando su composición original. En la tabla 1 se
detallo el tipo a utilizar dependiendo de la determinación que se vaya a realizar.
Los preservadores pueden adicionarse previamente en los recipientes adecuados, como
es el caso de la adición de tiosulfato de sodio para muestras con cloro residual para
análisis microbiológico pero en general para el resto de los parámetros se recomienda
realizar la preservación inmediatamente después de colectar la muestra.
Si la muestra se preserva en campo, se debe seguir el siguiente procedimiento:
•
•
•
•
•
322
Los reactivos de preservación deben adicionarse con pipetas o goteros con escala a
cada recipiente. El preservador debe ser grado reactivo analítico o de alta pureza y
los datos de su procedencia deben quedar registrados en bitácora.
Se deben utilizar reactivos recientes para cada muestreo.
Después de la adición de los reactivos se debe verificar el pH, utilizando papel pH o
potenciómetro de campo. Si es necesario, debe adicionarse mas reactivo para
alcanzar el pH indicado para cada parámetro.
La misma cantidad de preservador se debe añadir a todos los blancos
correspondientes.
La preservación con ácidos se debe de hacer en un área ventilada o en una
campana de extracción. Cualquier reacción inusual se debe registrar en los registros
u hojas de campo.
•
•
Todos los reactivos para la preservación de las muestras se deben transportar en
recipientes de plástico o de teflón para evitar su rompimiento y en contenedores
diferentes a los de transporte de las muestras.
Todas las muestras deberán mantenerse en hielo mientras llegan hasta el
laboratorio, una vez que se haga la entrega de muestras estas ingresaran a un
refrigerador para mantenerlas a 4 °C hasta el momento de su análisis.
Control y aseguramiento de calidad en campo
El Control de la Calidad es una serie de procedimientos dentro de la metodología de
análisis que coadyuvan para la precisión (Grado de concordancia entre las replicas de
resultados analíticos de un mismo parámetro procesadas bajo las mismas condiciones) y
exactitud (Concordancia entre un valor determinado experimentalmente y el valor de
referencia aceptado. Se expresa en concentración o como el porcentaje de recuperación
obtenido del análisis de muestras adicionadas y/o sintéticas) de los resultados analíticos.
El Aseguramiento de la Calidad es un plan definido para la operación de todo laboratorio
que especifica procedimientos estandarizados de operación con lo que se asegura que los
resultados tengan un alto nivel de confiabilidad y sean adecuados para los objetivos
establecidos.
La calidad de los datos resultantes de las actividades de muestreo depende del
cumplimiento de las siguientes actividades:
•
•
•
•
•
Colectar muestras representativas
Uso de equipo apropiado de muestreo
Toma de muestras y preservación apropiadas
Adecuada identificación y cadena de custodia de las muestras
Seguimiento del aseguramiento y control de la calidad en el campo
Blancos de equipo
Los blancos de equipo se utilizan para detectar cualquier contaminación que implique al
equipo de muestreo. Se debe obtener al menos un blanco de equipo por cada 20 muestras
del parámetro en cuestión.
El blanco de equipo se prepara en el campo antes del muestreo, utilizando agua libre del
analito en el equipo que debió limpiarse previamente, la preservación y documentación
para este blanco debe ser la misma que para el resto de muestras.
Blancos de viaje
El objeto de los blancos de viaje es verificar si ocurre la contaminación durante la colección
o transportación.
Los blancos de viaje se deben preparar en el laboratorio, antes de iniciar el viaje. Se llena
un recipiente con agua deionizada libre del analito en cuestión y se preserva de la misma
manera que cualquier muestra para la misma determinación.
323
Blancos de campos
La preparación de los blancos de campo se realiza al menos en una de las estaciones de
muestreo que puede ser la que se considere con mayor grado de contaminación; se
prepara con agua deionizada y el recipiente se deja abierto el tiempo que dura la toma de
muestras en esa estación de muestreo, al igual que todas las muestras de control de
control de calidad, los blancos de campo se preservan de la misma manera que las
muestras de estudio. Para análisis microbiológicos no se prepara blanco de campo.
Muestras dobles
Se toma una muestra dos veces en el mismo sitio de muestreo pero se colectan de manera
independiente; la identificación de la muestra doble debe ser tal que aunque en el registro
de campo se especifique cual es la muestra doble, el analista no conozca este dato. Se
aconseja distribuir las distintas muestras control en distintas estaciones de muestreo.
Muestras divididas
Sirven para constatar el trabajo de análisis, la muestra se toma en un recipiente, se mezcla
perfectamente y se reparte equitativamente en recipientes adecuados, se preservan y se
hace el registro correspondiente para enviarlas a dos o más laboratorios distintos.
324
ANEXO B. PRÁCTICA DE MUESTREO
Generalidades
Ante la presencia del creciente problema de contaminación, se han desarrollado procesos
para tratar de conocerlo y controlarlo, por lo que resulta necesario muestrear los cuerpos
de agua y descargas de aguas residuales para determinar, mediante análisis de
laboratorio, las características cualitativas y cuantitativas de los compuestos de interés
definidos en un marco de estudio.
El propósito del muestreo es colectar un volumen de agua (muestra), de tal manera que
sus características sean representativas de aquellas que pertenecen a las de la masa de
agua que se va a examinar; lo anterior significa que la muestra debe tomarse en forma tal
que no se produzca ningún cambio durante el tiempo que transcurra desde la recolección
hasta la determinación analítica.
Los análisis de laboratorio son caros y son procesos que en ocasiones requieren mucho
tiempo, por eso la importancia de asegurar, desde antes de iniciar el muestreo, que las
muestras que se colecten contribuirán de manera precisa a los objetivos del proyecto y que
además, una vez en campo, el monitoreo se realizará en el orden correcto de acuerdo al
tipo de agua y con los controles de calidad que permitan garantizar la confiabilidad del
proceso.
Existen dos tipos de muestras:
•
•
Simples
Compuestas
Las primeras son muestras puntuales que se toman en un determinado momento, de tal
forma que el tiempo empleado para su extracción es el que transcurre para obtener el
volumen necesario.
La muestra compuesta en cambio, es la que resulta de la mezcla de varias muestras
simples tomadas en el mismo sitio pero en horarios distintos, de tal manera que ésta sea
representativa de la calidad de agua de la estación de monitoreo.
Una muestra es la evidencia física de la calidad del agua en un momento determinado y de
ahí la importancia de manejarla adecuadamente. Un formato de cadena de custodia
permite mantener y documentar la posesión de la muestra para garantizar su integridad.
Dependiendo del tipo de agua a muestrear, se deben seguir ciertos lineamientos en cuanto
al orden en que se deben colectar las muestras para los diferentes parámetros, lo mismo
que para la determinación de parámetros de campo, es importante por ello, llevar consigo
a los muestreos el procedimiento correspondiente, de manera que se pueda consultar en
todo momento.
325
Procedimiento
1. Realizar una visita de reconocimiento a la planta de tratamiento para identificar el punto
de muestreo, si es posible realizar un registro fotográfico.
2. Elaborar el programa de muestreo de acuerdo a lo especificado en el procedimiento
“plan de muestreo”. Se debe asegurar que el programa de muestreo contribuirá al
objetivo del proyecto. Turnar este programa para su aceptación.
3. De acuerdo al programa de muestreo y a lo observado en la visita de reconocimiento,
elaborar la lista de verificación de material, de equipo, de supervivencia en campo, de
limpieza, de salud y seguridad, de procedimientos y/o formatos.
4. Recabar el material especificado en la lista de verificación:
a) En el caso de equipos de medición en campo se requiere realizar su calibración
antes de salir.
b) Verificar el tipo de envase que se requiere para tomar las muestras, su capacidad y
si es necesario algún lavado especial.
c) Colocar en cada recipiente una etiqueta autoadherible e impermeable para registrar
la identificación de la muestra correspondiente.
5. Blanco de viaje
Vaciar agua desionizada en recipiente que deberá permanecer tapado durante el
tiempo que dure el muestreo. El volumen de agua desionizada debe ser igual al que se
tomará de la muestra para el mismo parámetro.
6. Una vez en campo:
a) Localizar las estaciones de muestreo e instalarse para la toma de muestras.
b) En alguna de las estaciones de muestreo preparar el blanco de campo. Vaciar agua
desionizada a un recipiente que deberá permanecer destapado durante el tiempo en
que se toman las muestras de esa estación, el volumen de agua desionizada debe
ser igual al que se tomará de la muestra para el mismo parámetro.
326
c) Consultar el procedimiento de muestreo para verificar la secuencia en que se deben
tomar las muestras de acuerdo a los parámetros que se requieran.
d) Colecta de muestras. Enjuagar mínimo tres veces el envase de muestreo con agua
de la muestra, excepto para aquellos parámetros que se indique que no es
necesario. Siempre que sea posible se debe tomar la muestra directamente en el
envase de muestreo, en caso contrario, se utiliza un recipiente de muestreo
adecuado a las condiciones de la estación, el recipiente muestreador deberá estar
limpio y al igual que los envases para muestreo se debe enjuagar repetidas veces
con el agua de estudio antes de tomar la muestra, que deberá trasvasar al envase
preparado.
e) Identificación de la muestra. Cada envase debe tener una etiqueta autoadherible e
impermeable sobre la que se deberá registrar la información correspondiente con
marcador de tinta permanente.
f) De acuerdo al procedimiento de muestreo, se debe realizar una muestra doble por
muestreo para cada parámetro, esta se obtiene tomando de manera independiente,
muestras del mismo sitio y hora. Una se identifica como la muestra que es y la otra
con un nombre distinto, de manera que el analista no conozca su procedencia.
327
g) Recalibrar los equipos con los que hará las mediciones en campo y proceder a
realizar la determinación.
h) Preservar las muestras de acuerdo a los parámetros y a lo indicado en el
procedimiento de muestreo.
i) Empacar las muestras de tal manera que puedan ser transportadas al laboratorio de
manera segura.
j) La información obtenida durante el muestreo se debe registrar en los formatos
correspondientes, los cuales pueden ser la hoja de campo o bitácoras personales y
se realizará paralelamente con las diferentes actividades del muestreo.
k) Enjuagar repetidas veces con agua desionizada el material utilizado durante el
monitoreo.
7. Realizar la entrega de muestras con la documentación correspondiente al encargado de
hacer la recepción de muestras en el laboratorio.
328
CLIENTE Y/O PROYECTO
No. DE CONTROL: 123 /2004
PTAR-IMTA
DIRECCIÓN:
FECHA DE ENTREGA:
PASEO CUAUHNAHUAC 8532 COL. PROGRESO; JIUTEPEC, MOR.
30/03/04
ELABORÓ:
VoBo RESP. DEL PROYECTO:
MARIA DE LOS ANGELES FARFAN GUERRERO
M.I. LUCIANO SANDOVAL YOVAL
OBJETIVO:
Realizar el muestreo y análisis de aguas de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales del IMTA para control y
operación asegurando que la calidad del efluente cumpla con los límites máximos permisibles indicados en la norma NOM.
ECOL-001-1996 y la Ley Federal de Desechos del agua (LFDA).
JUSTIFICACIÓN:
Para llevar un control de la operación de la planta de tratamiento es necesario realizar muestreos y análisis periódicos, lo
cual permitirá realizar los ajustes necesarios para cumplir con la calidad de descarga requeridas.
ANTECEDENTES:
Desde su arranque en 1997, el nuevo módulo de aireación extendida ha venido funcionando de manera óptima, cumpliendo
con los límites más estrictos de la NOM.ECOL-001-1996 para cuerpos receptores tipo C sien do que la LFDA, le requiere el
cumplimiento para cuerpos receptores tipo A.
La planta remueve consistentemente materia orgánica (DBO5) por arriba del 95% y nitrógeno total con una eficiencia del 90%,
ahorrando un 70% de la energía requerida en la aireación. Adicionalmente, la desinfección química ha sido sustituida con
desinfección natural ahorrando reactivo, personal, refacciones y energía. El agua tratada se aprovecha en reuso en la
agricultura, acuacultura, riego de jardines y aprovechamiento de lodos residuales como abono orgánico.
329
PERSONAL PARTICIPANTE:
Guadalupe Martínez, Beatriz Peña Loera, Ma. de los Angeles Farfan Guerrero, Marco Antonio Moreno, José Luis Moreno,
Alejandro Flores, Guillermo Capetillo.
ASIGNACIÓN DE ACTIVIDADES:
NOMBRE:
ACTIVIDAD:
FECHA DE CUMPLIMIENTO:
Guadalupe Martínez
Análisis de parámetros de laboratorio
30/03/04
M.A. Farfán
Toma de muestras y preservación y análisis de parámetros de 30/03/04
laboratorio
Beatriz Peña Loera
análisis de parámetros de laboratorio
30/03/04
José Luis Moreno
Toma de muestras
30/03/04
Alejandro Flores Fitz
Toma de muestras
30/03/04
Guillermo Capetillo
Toma de muestras
30/03/04
330
1
2
3 4
5
7
6
TA1
TA2
VISITA PROSPECTIVA:
Se establecieron los puntos de muestreo en los siguientes sitios dentro de la planta de tratamiento, identificándose como:
P0 blanco de campo
P1 Influente general
P2 tanque de regulación
P3 tanque de aireación 1
P4 tanque de aireación 2
P5 Retorno de lodos
P6 Purga de lodos
P7 Efluente clarificador
P8 Efluente laguna
P9 muestra doble
331
LUGAR DE MUESTREO:P
PTAR
TIPO DE MUESTREO: SIMPLE ( X ), COMPUESTO ( ) OTRO ( ):
FECHA DE MUESTREO:
TIPO DE MUESTRA: Agua
FECHA PROGRAMADA DE ENTREGA DE MUESTRAS:
NÚMERO TOTAL DE MUESTRAS:10
PARÁMETROS A MUESTREAR (marque con una X, los parámetros de interés)
Q.A. FISICOQUIMICOS
FQ2: ( preservación: con H2SO4) )
FQ1: (preservación: sólo hielo)
( ) 500 mL
SUSTANCIAS ACTIVAS
METILENO (SAAM)
AL
AZUL
DE
CROMATOGRAFIA DE GASES
PRESERVACIÓN: sólo hielo
( ) 400 mL
MICROSISTINA LR
SÓLIDOS DISUELTOS TOTALES
SOLIDOS SEDIMENTABLES
NITRÓGENO TOTAL
( ) 200 -1000 mL NITRÓGENO ORGANICO
( )
1000 mL NITRÓGENO AMONIACAL
( ) 1200 mL
( ) 500 mL
( ) 500 mL
OTROS : diferentes preservaciones y envases
PLAGUICIDAS ORGANOCLORADOS
( ) 1000 mL
HIDRÓXIDOS,
CARBONATOS Y BICARBONATOS
( )
200 mL NITRÓGENO TOTAL KJELDAHL
( ) 600 mL
COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES POR
PURGA Y TRAMPA (TRIHALOMETANOS, BTEX,)
( )
20-40 mL
CROMO HEXAVALENTE
FÓSFORO (ORTO)
FÓSFORO TOTAL, ORGÁNICO
( )
( )
( )
300 mL
100 mL
200 mL
( )
BIFENILOS POLICLORADOS
( )
1000 mL
SOLIDOS TOTALES
SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES
( x ) 100 - 500 mL
MATERIA ORGÁNICA
(
(
(
(
FLUORUROS
CONDUCTIVIDAD
NITRÓGENO DE NITRITOS
NITRÓGENO DE NITRATOS
)
)
)
)
200 mL
300 mL
200 mL
200 mL
NITRÓGENO DE NITRATOS MAS NITRITOS
VOLUMEN TOTAL:
( ) 100 mL
AA: ( preservadas con HNO3 )
( ) 500 mL
DUREZA TOTAL Y DE CALCIO
ALCALINIDAD TOTAL
( ) 500 mL
ACIDOS VOLÁTILES
( ) 400 mL
CLORUROS
( ) 200 mL
( ) 200 mL
DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGENO
( x ) 100 -1000 mL
1000 mL
MICROBIOLOGÍA
FQ3: ( preservadas con HCl)
GRASAS Y ACEITES
( ) 1000 mL
( )
VOLUMEN TOTAL:
ACIDEZ TOTAL
COLOR APARENTE Y/O VERDADERO
200 mL
( )
( )
COLIFORMES FECALES Y TOTALES
ESTREPTOCOCOS FECALES
ENTEROCOCOS FECALES
( x ) 300 mL
( ) 300 mL
OTROS : diferentes preservaciones y envases
( ) 400 mL
( )
(
HUEVOS DE HELMINTO
)
4000 mL
( )
VIbrio cholerae
300 mL
VOLUMEN TOTAL:
OTROS: (diferentes preservaciones y envases)
FENOLES TOTALES
SULFUROS
HIDROBIOLOGÍA Y EVALUACION AMBIENTAL
( ) 1000 mL
( )
300 mL
TOXICIDAD: Vibrio fisheri, Daphnia magna,
Selenastrum c. Lactuca sativa , Hidra atenuata.
( ) 250, 600, 150, 150, 150, mL
BORO
( ) 300 mL
OXIGENO DISUELTO
SULFATOS
( ) 200 mL
DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO
TURBIDEZ
( ) 100 mL
Sólidos suspendidos volatiles
AA: ( preservadas con HNO3 )
(250 mL / elemento)
( )
( )
As ( ) Cd ( ) Cu ( ) Cr ( ) Hg ( ) Ni ( ) Pb ( ) Zn ( ) Ag ( ) Al ( ) B ( ) Ba ( )
( )
Be ( ) Bi ( ) Ca ( ) Co ( ) Fe ( ) K ( ) Li ( ) Mg ( ) Mn ( ) Mb ( ) Na ( ) P ( )
( )
Se ( ) Sb ( ) Si ( ) Tl ( ) V ( ) Sn ( ) Av ( ) W ( ) ( ) ( ) ( )
VOLUMEN TOTAL:
( )
PARAMETROS DE CAMPO:
), CONDUCTIVIDAD ELECTRICA , C.E. ( ), CLORO RESIDUAL ( ), TEMPERATURA ( ),
GASTO ( ), OTRO:
( )
(x )
VOLUMEN TOTAL:
POTABILIZACIÓN
OTROS : (diferentes preservaciones y envases)
CARBONO ORGÁNICO TOTAL
( )
250mL
POTENCIAL DE HIDRÓGENO, pH. (
OBSERVACIONES:
332
EXTRACTABLES CON CLOROFORMO
( ) 30 mL
( x ) 100 mL
( ) 800 mL
GENOTOXICIDAD
( )
1000 - 4 000 mL
( )
CLOROFILA
1000 mL
ABSORCIÓN ATÓMICA
1565
LABORAOTORIO DE CALIDAD DEL AGUA
CADENA DE CUSTODIA
AREA:
PROYECTO:
TIPO DE MUESTRA:
CASILLERO:
ANÁLISIS
No.
FCO.
Fecha de edición:
FIRMA
D
29
INGRESO
FECHA
M
08
A
02
HORA
FECHA DE MUESTREO:
No. MUESTRAS:
No.
FCOS
Sustituye a:
ANÁLISIS
FECHA
I
T
FIRMA
D
08
M
10
No.
FCOS.
A
98
No. CONTROL:
DISPOSICIÓN
FECHA
FIRMA
Revisión: 1
OBSERVACIONES
Hoja:
de:
FMLC08-A1
333
CADENA DE CUSTODIA DE LA MUESTRA
CUARTO FRIO
PARAMETRO
O
PRESERVACIÓN
SALIDA
ANALISTA (FIRMA):
FECHA:
HORA:
FIRMA:
.
NOMBRE: ( )FERNANDO FLORES P.
FMLC08-A2
334
D
29
M
08
HORA:
LAS MUESTRAS PARA: FQ1( ), FQ2( ), DQO( ), FENOLES( ), S( ), GyA( ), AA( ), THM´s( ), BTEX( ), PLAGUIC.( )
INGRESARON AL CUARTO FRIO:
hrs.
TOXICICIDAD ( ), GENOTOXICIDAD ( ), .
( )
OBSERVACIONES:
RECEPCIÓN:
Fecha de edición:
ENTRADA
FECHA:
ANALISTA (FIRMA):
A
02
Sustituye a:
D
00
M
00
A
00
Revisión: 0
Hoja:
de:
1300
REGISTRO DE CAMPO
NOMBRE/FIRMA MUESTREADOR:
FECHA DE MUESTREO:
FECHA
DE
RECEPCIÓN:
SOMBREADA SÓLO PARA G.C.)
(ÁREA HORA:
RESP. DE ENTREGA DE MUESTRAS:
NOMBRE/FIRMA RECEPTOR:
CONTROL No.:
CLIENTE Y/O PROYECTO:
No.
NOMBRE DE LA MUESTRA
TIPO DE MUESTRA:
HORA
No. RECIPIENTES POR PRESERVACIÓN
SOLO
H2SO4 HNO3
HCl
FORMOL
HIELO
EDTA
NaO
H
TOTAL D E RECIPI ENTES
QAF
MB
HBA QAC
HB
A
PARÁMETROS POR PRESERVACIÓN :
( ) DE ACUERDO CON EL PLAN DE MUESTREO
SOLO HIELO:
NaOH:
H2SO4:
EDTA:
HNO3:
FORMOL:
HCl:
OTROS:
VERIFICACIÓN
PRESERVACIÓN
IDENTIFICACIÓN
RECIPIENTE
VOLUMEN
C
NC
C
NC
C
NC
C
NC
C
OBSERVACIONES:
EL LABORATORIO NO SE HACE RESPONSABLE DE LOS RESULTADOS EMITIDOS DE LAS MUESTRAS
REALIZARÁN A PETICIÓN DEL CLIENTE, FIRMAS:
DEBIDO A QUE:
Fecha de edición:
D
M
A
Sustituye a:
D
M
A
Revisión: 5
Hoja:
21
05
03
30
06
02
TIEMPO
NC
, LAS MUESTRAS SE
de:
FMLC09
335
CADENA DE CUSTODIA CAMPO
RECIPIENTES DE MUESTREO:
SOLUCIONES:
PLASTICO
ESTÉRILES
Cantidad:
Área, firma y fecha:
Cantidad:
Cantidad:
Cantidad:
Cantidad:
Cantidad:
Cantidad:
Cantidad:
Cantidad:
Nombre:
Cantidad:
Nombre:
Cantidad:
Área,
fecha:
Área,
fecha:
Nombre:
Cantidad:
firma
y Nombre:
Cantidad:
Area, firma y fecha:
firma
y Nombre:
Cantidad:
Área, firma y fecha: Nombre:
Cantidad:
Nombre y Firma:
RECIBE:
EMPAQUE
No. hielera
VIDRIO
Fecha:
TRANSPORTE
No. frascos
Fecha
Hora
No. hielera Fecha
Hora
No. frascos
FIRMA:
T=
FIRMA:
T=
FIRMA:
NOMBRE:
OBSERVACIONES:
Fecha de edición:
NOMBRE:
NOMBRE:
FMLC09-B
336
D
21
M
05
A
03
Sustituye a:
D
14
M
0.80
A
01
RECEPCIÓN
Fecha
Revisión: 5
Hoja:
Hora
de:
ANEXO C. CÁLCULO DE LA RECIRCULACIÓN Y PURGA DE LODOS
R.S. RAMALHO
CONVENCIONAL
Datos de entrada
Q
L/s
m3/d
mg/L
Kg/m3
AERACIÓN EXTENDIDA
METCALF & EDDY
AERACIÓN
CONVENCIONAL
EXTENDIDA
Kg/m3
mg/L
DBO5 entrada
DBO5 salida
SSVLM
SSVr recirculación
SSVs a la salida
Volumen (m3)
TMRC = Tiempo medio de retención celular (d)
Kd = Respiración endógena, 0.01 a 0.06 (1/d)
Y = Metabolismo celular, 0.5 a 0.6 (kg SSVLM / kg
DBO consumida)
(3 a 15 d)
(20 a 40 d)
a) Cálculo del tiempo de residencia (tr)
(4 a 8 h)
Tr = V / Q
tr = Tiempo de residencia
b) Cálculo de
microorganismos
la
h
relación
alimento
(15 a 36 h)
min
h
min
h
(4 a 8 h)
min
h
(20 a 30 h)
min
/
A/M = (Qi*DBOe) / V*SSVLM)
A/M = DBOe / tr * SSVLM
A/M = Realación alimento / microorganismos
(0.2 a 0.6 Kg DBO5/kg
SSVLM d)
(0.05 a 0.15 Kg DBO5/kg
SSVLM d)
(0.04 a 0.10 Kg DBO5/kg SSVLM d)
337
c) Cálculo de producción neta de biomasa (∆SSV)
∆SSV = Y*Q*( DBOe – DBOs) – Kd*SSVLM*Vr
Kg/d
Kg/h
mg/s
Kg/d
Kg/h
mg/s
∆SSV = (SSVLM*Vr) / TMRC
Kg/d
Kg/d
∆SSV = Producción neta de biomasa
d) Cálculo de la relación de recirculación ( R )
R = (SSVLM -( 0,23*Y*( DBOe
– DBOs)))
/ (SSVR – SSVLM)
R = ( 1 - (V / (Qi* TMRC))) / (( SSVr / SSVLM)-1)
0.25 a 0.75
0.5 a 1.5
R = (Q * SSVLM - DSSV) / Q (SSVR – SSVLM)
R = Relación de recirculación
e) Cálculo del gasto de recirculación (Qr)
m3/d
m3/h
L/s
m3/d
m3/h
L/s
m3/d
m3/d
m3/d
m3/h
L/s
m3/d
m3/h
L/s
m3/d
m3/d
L/s
Qp=(((Vr*SSVLM)/TMRC)-(Q*SSVs))/(SSVrSSVs)
m3/d
m3/d
Qr = R * Q
f) Cálculo del gasto combinado (Qo)
Qo = Q + Qr
Qo = Gatos combinado
g) Cálculo del gasto de purga de lodos (Qp)
Qp = (DSSV - Q* DBOs) / (SSVR - SSVs)
Qp = Gasto de puerga de lodos
338
m3/d
L/h
L/s
m3/d
L/h
h) Cálculo de los SSV a la entrada del tanque de aeración
(SSVo)
SSVo = (Qr*SSVr) / Qo
kg/m3
SSVo = Sólidos suspendidos volátiles a la entrada del reactor
(kg/m3)
mg/L
kg/m3
mg/L
kg/m3 mg/L
kg/m3 mg/L
Estos deben ser iguales o muy próximos a los SSVLM
i) Tiempo medio de retención celular (edad de lodos)
TMRC = (SSVLM * Vr) / DSSV
5 a 15 d
20 a 60 d
TMRC = Tiempo medio de retención celular (d)
339
ANEXO D. CALENDARIOS DE ACTIVIDADES
Arranque de una PTAR de Lodos Activados sin inóculo.
Actividad
1. Introducir agua residual al tanque de aeración
2. Iniciar con alimentación de metanol (10 mg/L).
3. Monitorear la formación de la espuma y contener su desarrollo.
4. Mantener una concentración de oxigeno disuelto de 2 ± 0.5 mg/L, monitorear de ser posible cada hora.
5. Analizar SSTLM, SSVLM, DBO5 o en su defecto la DQO y SST o en su defecto turbiedad.
6. Registro de la información en el formato 2.1.
7. Graficar los datos y analizar la información para poder establecer la eficiencia del proceso alcanzada hasta el momento.
8. Iniciar operación en el sedimentador con recirculación del 100%.
9. Calcular recirculación y purga de lodos, con la información anterior y realizar los ajustes necesarios.
10. Continuar con un flujo continuo de agua residual.
11. Continuar con pruebas de sedimentabilidad y registros en formato 2.2.
Calendario de actividades
Actividad
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
340
Día
3 4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
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X
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X
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X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
1
2
Arranque de una PTAR de Lodos Activados con inóculo.
Actividades
1. Prueba de difusores.
2. Llenado con agua residual.
3. Agregar el inóculo.
4. Incremento de gasto de entrada
5. Iniciar con alimentación de metanol (10 mg/L).
6. Iniciar operación en el sedimentador con recirculación del 100%.
7. Monitorear la formación de la espuma y contener su desarrollo.
8. Mantener una concentración de oxigeno disuelto de 2 ± 0.5 mg/L, monitorear de ser posible cada hora.
9. Analizar SSTLM, SSVLM, DBO5 o en su defecto la DQO y SST o en su defecto turbiedad.
10. Registro de la información en el formato 2.1.
11. Graficar los datos y analizar la información para poder establecer la eficiencia del proceso alcanzada hasta el momento.
12. Calcular recirculación y purga de lodos, con la información anterior y realizar los ajustes necesarios.
13. Continuar con un flujo continuo de agua residual.
14. Continuar con pruebas de sedimentabilidad y registros en formato 2.2.
341
Calendario de actividades
Actividad
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
342
Día
3 4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
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X
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X
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X
X
X
X
X
X
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X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
1
2
ANEXO E. FORMATOS DE CONTROL DE ARRANQUE Y UESTA EN MARCHA
Formato 1.1 Calidad del agua residual y tratada
Nombre de la planta:
Parámetro
Q = Gasto (L/s)
DBO5 = Demanda bioquímica de oxígeno (mg/L)
DQO = Demanda química de oxígeno (mg/L)
SST = Sólidos suspendidos totales (mg/L)
SSV = Sólidos suspendidos volátiles (mg/L)
SSVLM = SSV en el licor mezclado (mg/L)
SSVr = SSV en la recirculación (mg/L)
NH3 = Nitrógeno amoniacal (mg/L)
NO3- = Nitrógeno de nitratos (mg/L)
NT = Nitrógeno Total (mg/L)
PT = Fósforo total (mg/L)
T = Temperatura (°C)
pH = Potencial Hidrógeno
A/M = Relación alimento microorganismos
Grasas y aceites (mg/L)
Diseño
Entrada Salida
260
116
10
80
20
26.5
5
Real
Entrada Salida
0.171
9.2
Formato 1.2 Lista y verificación de equipos por unidad de proceso
Equipo
Equipo
Clave
Clave
Tanque de regulación u homogenización
Arranca
Amper
Sí
No
Amper
Reactor biológico ”A”
Arranca
Sí
No
Si es “No” identificar
posible causa
posible causa
343
Equipo
Equipo
Equipo
Equipo
Equipo
Equipo
Equipo
344
Clave
Clave
Clave
Clave
Clave
Clave
Clave
Sedimentador secundario “A”
Arranca
Amper
Sí
No
Amper
Amper
Amper
Amper
Desinfección “A”
Arranca
Sí
No
posible causa
Caja o tanque de lodos
Arranca
Sí
No
posible causa
Deshidratación de lodos
Arranca
Sí
No
posible causa
Reactor biológico “B”
Arranca
Sí
No
posible causa
Sedimentador secundario “B”
Arranca
Amper
Sí
No
Amper
posible causa
Desinfección “B”
Arranca
Sí
No
posible causa
posible causa
Formato 2.1 Registro de parámetros de control de arranque
Mes/año:
Analista:
Parámetro
SSTLM SSVLM
Día
1
2
3
3
4
5
6
7
8
9
0
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Módulo:
DBO
ENTRADA
DQO SST TURB. DBO
SALIDA
DQO SST TURB.
345
Formato 2.2 Registro de prueba de sedimentabilidad e IVL
Mes/año:
Analista:
Día
346
Módulo:
Hora
SST
mg/L
5 min
10 min
15 min
20 min
25 min
Volumen de lodo (ml/L)
30 min
IVL
ml/g
Formato 2.3 Volúmenes de inóculo
Lugar de procedencia:
Módulo 1
Día
Volumen (m3)
SST (mg/L)
Módulo 2
Día
Volumen (m3)
SST (mg/L)
347
348

BIBLIOGRAFÍA
APHA, AWWA & WEF, 1995, Standard Methods for the Examination of Water and
Wastewater, Washington D.C, APHA, 10-157 pp.
Cardoso, V.L. y A. Ramírez. 2003. Serie autodidáctica de medición de la calidad del agua,
Segunda Parte. Identificación de Sistemas de Tratamiento de Lodos Residuales (13).
Subdirección General de Administración del Agua (CNA), Coordinación de Tratamiento y
Calidad del Agua del IMTA.
Cardoso, V. L., E. Ramírez C., N. Lugo V. y O. Figueroa C. Alternativas de solución al
tratamiento y aprovechamiento de lodos residuales y lirio acuático por vermicomposteo.
Informe final del Proyecto Contratado por Comisión Nacional del Agua al Instituto Mexicano
de Tecnología del Agua. Diciembre de 1999.
Cardoso, V.L. E. Ramírez C., A. Rivas H. Instalación de un sistema de vermiestabilización
a escala real en una planta de tratamiento municipal. Informe final del Proyecto Contratado
por Comisión Nacional del Agua al Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Noviembre
de 2000.
Cardoso, V.L. E. Ramírez C. “Vermiestabilización de Lodos Residuales”. XXVII Congreso
Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. AIDIS y ABES, Puerto Alegre, Brasil, 3
al 8 de Diciembre de 2000.
Cardoso, V.L. E. Ramírez C. Vermicomposting of Sewage Sludge: A New Technology for
México. Specialised Conference on Sludge Management: regulation, treatment, utilization
and disposal. October 25-27, 2001. Acapulco, México.
Estadísticas del Agua en México, 2003 / Comisión Nacional del Agua, SEMARNAT, CNA,
México, Edición 2003.
Csuros M., 1994, Environmental sampling and Analysis for Technicians, USA, Lewis
Publisher, 320 pp.
Departamento de Sanidad del Estado de Nueva York, Manual de Tratamiento de Aguas
Negras, Ed Limusa, México, 1989, 303 pp.
Eckenfelder, W. Wesley, Activated Sludge Process Desing and Control: Theory and
Practice, USA, 1988.
Escalante Estrada, Violeta E., et. al. Identificación y Evaluación de Procesos Biológicos de
Tratamiento. CNA., IMTA, México, 2000.
G. Moeller, et. al. Curso Teórico-Práctico de Tratamiento de Lodos Residuales. Material
Tecnológico. Subcoordinación de Tratamiento de Aguas Residuales, Instituto Mexicano de
Tecnología del Agua, Junio 2003.
349
Hammer, M. J., Water and Wastewater Technology. John Willey and Sons, Inc., New York,
1997.
Horan, N.J., Biological Wastewater Treatment Systems. John Wiley and Sons, Ltd, West
Sussex, England, 1990.
Junkins, R., Deeny K., Eckhoff, T., The Activated Sludge Process, Ann Arbor Science
Publishers, West Cherter, Pensilvania, 1983.
LeFranc, R., Las Técnicas Audiovisuales, El Ateneo, S.A., Buenos Aires, 1978.
México, 1997, Procedimiento Obligatorio para el Muestreo de Descargas (artículo 278-B de
la Ley Federal de Derechos 1997, Diario Oficial de la Federación 14 de febrero de 1997, pp
14-17.
México, 1997, Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996 Límites Máximos Permisibles
de Contaminantes en las Descargas de Aguas Residuales en Aguas y Bienes Nacionales,
Diario Oficial de la Federación 6 de enero de 1997, pp 38-85.
Moeller, Ch. G. y Freat T.C., Microbiología Sanitaria (Manual de Prácticas), Facultad de
Ingeniería, División de Estudios de Postgrado. UNAM, 1993.
Pardiñas, F., Metodología y Técnicas de Investigación en Ciencias Sociales, Siglo XXI,
Editores, S.A., México, D.F.
Schuldt M. y Daniel Ross. Curso de lombricultura. www.manualdelombricultura.com. 19/20.
SRH, 1976, Instructivo para la Toma y Transporte de Muestras de Aguas para Análisis
Físico Químicos y Bacteriológicos. 1era. Edición, SRH, Dirección General de Usos del
Agua y Prevención de la Contaminación, 31 pp.
Secretaría de Patrimonio y Fomento Industrial, 1980, Norma Oficial Mexicana NOM¬AA-31980 Aguas Residuales.- Muestreo, México, SPFI, 5 pp.
Tchobanoglous G. y Schroeder Edward D., Water Quality, Addison-Wesley Publishing
Company, University of California at Davis, 1987.
Water Pollution Control Federation Envioronment Canada, Wastewatertreatment Skill
Training Package Activated Sludge, Richelieu Graphics Hull, Quebec, Canada, 1980.
Water Pollution Control Federation, Plant Maintenance Program Lancaster Press,
Lancaster, Pennsylvania, 1982.
Water Pollution Control Federation, Clarifier Desing, Lancaster Press, Lancaster,
Pennsylvania, 1985.
Water Pollution Control Federation, Activated Sludge, Alexandria, Virginia, 1988.
Water Pollution Control Federation and the American Society of Civil Engineers, Aeratoin,
New York, 1988.
350
Water Pollution Control Federation, Operation of Municipal, Watewater Treatment Plants,
imperial Printing Co. St. Joseph, Michigan, 1990.
Water Pollution Control Federation, Wastewater Biology: the Microlife, imperial Printing Co.
St. Joseph, Michigan, 1991.
Water Resources Research Center, Arizona Department of Environmental Quality (ADEQ).
Manual de Campo para el Muestreo de la Calidad del Agua. Tucson, Arizona. Marzo 1995.
Bibliografía recomendada
Environmental Protection Agency, Wastewater Treatment Facilities for Sewered Small
Commmunities, Washington, D.C., 1997.
Environmental Protection Agency, Fine Pore Aeration Systems, U.S. Government Printiing
Office, Washington, D.C., 1989.
Greenberg, A.D, Clercerland, L.S. and Eaton A.D., Standard Methods for the Examination
of Water and Wastewater, Apha, Awwa and Wef, Publication office American Public Health
Association, 1015 Fifteenth Street, NW, Washington, D.C. 20005, 1992.
Mandt, M. and Bell, B., Oxidation Ditches in Wastewater Treatment, Ann Arbor Science
Publishers Collingwood ,, Michigan, 1982.
Manzano R., Albarrán, R., Costero, A., Indicadores Biológicos en la Operación de Sistemas
de Tratamiento de Lodos Activados, Instituto de Ingeniería, UNAM México, D.F., 1985.
Middlebrooks, E. J., Industrial Pollution Control, John Wiley and Sons, Inc., New York,
1979.
Richard, M. G., Activated Sludge Microbiology, Aspen Printing Rockville, Maryland, 1991.
Water Environment Federation and the American Society of Civil Engineers, Design of
Municipal Wastewater Treatment Plants, Book Press, Inc. Battleboro, Vermonto 1992.
Water Pollution Control Federaction, Safety and Health in Wastewater Systems, Lancaster
Press, Lancaster Pennsylvania, 1983.
Water Pollution Control Federation, Operation of Extended Aeration Package Plants,
Automated Graphics Systems, Inc., Washington, D.C. 1985.
Water Pollution Control Federation, Simplified Laboratory Procedures for Wastewater
Examinationo, Lancaster Press, Inc., Lancaster, Pennsylvania, 1985.
Water Pollution Control Federation, Operating Activated Sludge Using Oxygen Uptake,
U.S.A., 1989.
Wilson, F., Desing Calculations in Wastewater Treatment, Chaucer Press, Ltd., England,
1981.
351
352
RESPUESTA A LAS AUTOEVALUACIONES
Capítulo 1
1.- Compuestos infecciosos y tóxicos; materiales que afectan el balance de oxígeno en el
agua; compuestos orgánicos persistentes; Nutrientes; Materia suspendida; temperatura.
2.- Dilución; dispersión; sedimentación; desinfección y temperatura.
3.- pH; temperatura; color; turbiedad; sabor; olor; sólidos totales; sólidos sedimentables;
sólidos suspendidos; conductividad; radioactividad; alcalinidad; acidez; dureza y OD.
4.- En la escala de pH.
5.- Producir un efluente que pueda ser descargado sin causar daños al medio ambiente.
6.- Cribado, regulación, sedimentación, flotación y filtración.
7.- Oxidación química, intercambio iónico.
8.- Con base en la forma en que los microorganismos utilizan el oxigeno.
9.- Lagunas anaerobias, lagunas facultativas y lagunas de maduración.
10.- Funciona en ausencia de oxigeno libre y los microorganismos que intervienen resisten
periodos largos sin alimentación.
Capítulo 2
1.- Pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario o
avanzado.
2.- Lodos activados y sus variantes, filtros rociadores, biodiscos, sistemas lagunares y
sistemas anaerobios.
3.- Por qué es un proceso altamente estable y sus eficiencias de remoción son mejores.
4.- Lagunas de estabilización y proceso de lodos activados.
5.- En 20%
Capítulo 3
1.- Bacterias, protozoarios y algas.
2.- De esfera, bastón recto, bastón curvo, espiral y formas filamentosas.
353
3.- Rotíferos.
4.- Se alimentan de bacterias y eliminan la turbiedad del efluente.
5.- Bacilos Gram negativos
6.- Que actúan como agentes limpiadores al alimentarse de bacterias de nado libre.
7.- Para identificar y enumerar diferentes tipos de microorganismos.
8.- Amplifican la imagen.
Capítulo 4
1.- Sedimentador.
2.- En el tanque de aeración.
3.- Zanjas de oxidación, Alimentación escalonada, Aeración reducida, Oxígeno Puro y
Proceso Kraus.
4.- Habrá demasiado alimento para los microorganismos del sistema, la biomasa se
incrementará y por lo tanto se deberá purgar con más frecuencia.
5.- Entre 25 y 32 oC.
Capítulo 5
1.- Remover los sólidos suspendidos del agua tratada.
2.- Circulares, cuadrados, rectangulares, hexagonales y octagonales.
3.- La purga de lodos, para evitar problemas de septicidad y crecimiento o desaparición del
manto de lodos.
4.- Por que son los que proporcionan el oxigeno para que los microorganismos aerobios
puedan oxidar la materia orgánica.
5.- Engrasado y aceitado de engranes y baleros, revisión de cables eléctricos y
mecanismos de fijación, revisión del desgaste de bandas.
6.- Inyección de gas (aire u oxigeno), a presión bajo la superficie liquida.
7.- Difusores porosos.
8.- Los sopladores.
9.- Comprimiendo un volumen fijo de aire (gas) y encauzándolo para eliminar la presión.
354
10.- Un soplador en funciones y otro de reserva.
Capítulo 6
1.- Para conocer las posibles causas de un mal funcionamiento, determinar los parámetros
de operación y conocer las eficiencias del proceso.
2.- Visual y analítico
3.- Que no se transfiere el suficiente oxígeno al tanque de aereación y que es anaerobio.
4.- Que los niveles de sólidos no son adecuados o que el lodo no tiene la edad requerida.
5.- Porque permiten monitorear el funcionamiento de una planta de tratamiento.
6.- Que una alta carga orgánica o una sustancia alta mente tóxica ingrese al sistema.
7.- Los sólidos suspendidos y sólidos suspendidos volátiles
8.- Con la purga y recirculación de los lodos activados.
9.- DBO5, influente, velocidad de reproducción celular, temperatura, SSLM y SS en la
recirculación.
10.- Si es alta disminuir la purga de lodos y aumentar la recirculación, si es baja aumentar
la purga de lodos y disminuir la recirculación.
Capítulo 7
1.- 0.5 a 0.6 Kg de SSVLM producidos/ Kg de sustrato consumido
2.- ∆SSV, Qi, Se, SSVr y SSVe
3.- Registros físicos y Registros de desempeño
4.- Elaborar y comprender que un plan adecuado de mantenimiento del equipo mecánico y
electromecánico proporciona en mejor control del proceso.
5.- Para contrarrestar los problemas operativos
Capítulo 9
1.- Para prevenir enfermedades y accidentes en la planta.
2.- Hepatitis A infecciosa, infecciones virales, infestación de parásitos, enfermedades
gastrointestinales y anormalidades en fosas nasales, oídos y piel por infecciones.
355
3.- La observación de prácticas de higiene personal.
4.- Contra la hepatitis A y B; influenza; sarampión; paperas; neumonía; rubéola; tétanos y
difteria.
Capítulo 10
1.- Por sólidos y biomasa que son removidos de los tanques de sedimentación.
2.- La conversión de productos de desechos solubles de efluentes primarios y partículas
que escapan el tratamiento primario.
3.- Tóxicos inorgánicos y tóxicos orgánicos.
4.- Virus, actinomicetos, hongos y algas.
5.- Nom-052-ecol/93, Nom-004-semarnat-2002.
6.- Gravedad, flotación, centrifugación, filtro prensa, filtro banda, tambor rotatorio, lechos
de secado y lagunas de lodo.
7.- En reducir el contenido de sólidos suspendidos volátiles de los lodos a través de la
oxidación biológica, la oxidación química o mediante la aplicación del calor.
8.- La deshidratación del lodo.
9.- Consiste en mezclar el lodo residual con un material acondicionador, el cual puede ser
cualquier desecho orgánico.
10.- Lo suficientemente húmedo, poroso y tierno.
356
INSTRUCTORES
Datos personales:
Nombre:
Edad:
Nacionalidad:
Gabriela Eleonora Moeller Chávez
56 años
Mexicana
Puesto actual:
Fecha de Actualización: 07/06/2006
Título:
Coordinadora
Área de adscripción:
Coordinación de Tratamiento y Calidad
del Agua
Teléfono(s):
+ 52 (777) 3293622
+ 52 (777) 329-36-00 ext. 432
Fax:
+ 52 (777) 3293663
Email:
[email protected]
Principales líneas de investigación:
Tratamiento de aguas residuales por métodos convenvionales y no convencionales;
Procesos biológicos de tratamiento; Reúso de aguas; manejo, tratamiento y disposición
de lodos residuales; Calidad del agua; Microbiología del agua. Capacitación.
Educación:
Químico farmaceútico biólogo, UNAM, 1974.
Ingeniería Sanitaria, UNAM, 1978.
Ingeniería, UNAM, 1999.
Experiencia laboral:
Universidad Nacional Autónoma de México. Fac. de Ing., Secretaria Académica de la
DEPFI, 1983-1987.
Universidad Nacional Autónoma de México. Fac. de Ing., Jefe de la Sección de Ing.
Ambiental, DEPFI, 1990-1992.
Universidad Nacional Autónoma de México. Fac. de Ing., Profesor Titular A de tiempo
completo, 1987-1996.
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Subcoordinadora de Potabilización y
Tratamiento, 1994-1996.
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Especialista en Hidráulica Titular A, 19961999.
Formación:
En actividades de docencia y capacitación e investigación. Microbiología del agua, de
alimentos y clínica.Tratamiento de agua, Química de los alimentos.
357
Otras actividades profesionales:
Experiencia en docencia, investigación y administración en el área de Ing. Ambiental. Ha
realizado asesorías a organismos públicos y privados. Consultor nacional para el
Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo de la ONU. Arbitro para la revisión
de artículos de las revistas Ingeniería Hidráulica en México, Water Science and
Technology del Reino Unido,Arbitro para la revisión de proyectos para apoyos del
CONACYT. Miembro del Comité Asesor de la red del Valle de México (CNA-CONACYT),
Presidenta de la Comisión de Ingreso, Evaluación y Promoción del Instituto Mexicano de
Tecnología del Agua.(1998-1999).Diplomado en liderazgo gerencial. Investigador
Nacional NIvel I. Miembro Titular de la Academia de Ingeniería.
Habilidades:
Administración de recursos y personal. Manejo de grupos.Manejo de equipo especializado
de laboratorio. Manejo de técnicas microbiólógicas. Control de reactores.
Principales distinciones y reconocimientos:
Reconocimientos: Mención honorífica en examen profesional, dos premios nacionales por
la presentación del mejor trabajo en Congresos de Ingeniería Sanitaria y Ambiental en
México (1986, 1988). Medalla AIDIS-VENEZUELA en el XXIV Congreso Interamericano
de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, noviembre 1994. Premio "Pedro J. Caballero", por
contribución técnica nacional para el avance de la Ingeniería Sanitaria y Ambiental. 1996.
Medalla de reconocimiento como profesor de la UNAM. Investigador Nacional Nivel
1.Sistema Nacional de Investigadores, SEP-CONACYT
Membresía en sociedades profesionales:
Asociaciones a las que pertenece: Pertenece a varias asociaciones gremiales nacionales
e
internacionales
relacionadas
con
Ingeniería
Sanitaria,
Ambiental
y
Microbiología.FEMISCA, Federación Mexicana de Ing. Sanitaria y Ciencias Ambientales;
AIDIS,Asociación Interamericana de Ing. Sanitaria y Ambiental; AMH Asociación
Mexicana de Hidráulica; IWA, International Water Association.
Publicaciones y conferencias:
Ha publicado más de 60 trabajos entre proyectos de investigacion, artículos en revistas
nacionales e internacionales con arbitraje y artículos en congresos nacionales e
internacionales. Ha impartido cursos de temas relativos a su campo en diversas
instituciones organizados por la UNAM, UAM, IMTA, PEMEX, CELANESE, etc. A nivel
maestría ha impartido asignaturas relacionadas con MIcrobiología y tratamiento de aguas
en diferentes instituciones nacionales y coordinado en dos ocasiones la Maestría en Ing.
Ambiental de la DEPFI-UNAM
358
Datos personales:
Nombre:
Edad:
Nacionalidad:
Luciano Sandoval Yoval
41 años
Mexicano
Puesto actual:
Título:
Especialista en Hidráulica III (Asociado C)
del Agua
Teléfono(s):
+ 52 (777) 3293663
+ 52 (777) 329-36-00 ext. 430
Fax:
+ 52 (777) 3293622
Email:
[email protected]
Calidad del agua superficial. Tratamiento del agua y sus residuos. Tratamiento de aguas
residuales de plantas petroquímicas. Tratamiento de aguas residuales municipales.
Procesos de lodos activados. Tratamiento de aguas residuales municipales por el proceso
de lodos activados. Reuso de agua residual municipal tratada en acuacultura y agricultura
de suelo e hidropónia
Educación:
Ingeniería química, Universidad Nacional Autónoma de México, 1990.
Ingeniería ambiental, Universidad Nacional Autónoma de México, 1995.
Instituto Mexicano de Tecnoligía del Agua, Especialista en Hidráulica, 1997.
Comisión Nacional del Agua, Especialista en Hidráulica, 1995,1997.
Instituto Nacional de Ecología, Asesor ambiental, 1991-1994.
Universidad Nacional Autónoma de México, Profesor de asignatura A, 1993, 1999-2001.
Fabrica de papel y celulosa de San Rafael, Supervisor de turno, 1991.
Formación:
38 cursos de capacitación relacionados con la calidad y tratamiento de aguas y aguas
residuales y el tratamiento de sus subproductos.
Habilidades:
Determinaciones analíticas e interpretación de parámetros de calidad del agua. Manejo de
paquetería de Microsoft.Experiencia en la operación de plantas de tratamiento de agua
residuales de lodos activados.
Premio de la Organización Panamericana de la Salud "Mejor trabajo técnico relacionado
en salud ambiental", Congreso Nacional de la FEMISCA 2004. Premio a la inovación
tecnológica Abel Wolman 1998, Reconicimiento por la empresa Vitro P.Q. 1998 y 1999,
por la labor desarrollada en el proyecto de reducción del volumen de lodos de plantas
potabilizadoras y recuperación del coagulante.
359
Miembro de la Asociación Mexicana de Aguas A.C. Miembro de AWWA sección mexicana
33 publicasiones relacionadas con la calidad y potabilización del agua y aguas residuales
y sus residuos.
360
Datos personales:
Nombre:
Edad:
Nacionalidad:
Mercedes Esperanza Ramirez Camperos
48 años
Colombiana
Puesto actual:
Título:
Especialista en Hidráulica II (Asociado B)
del Agua
Teléfono(s):
+ 52 (777) 3293622
+ 52 (777) 329-36-00 ext. 432
Fax:
+ 52 (777) 3293663
Email:
[email protected]
Tratamiento de aguas residuales; Procesos biológicos de tratamiento; Reúso de agua;
manejo, tratamiento y disposición de lodos residuales; remoción de contaminantes tóxicos
y recalcitrantes
Educación:
Ingeniería Química, Universidad Industrial de Santander, 1981.
Ingeniería Ambiental, Universidad Nacional Autónoma de México, 1988.
Degremont de México, Ingeniera de Proyectos, 1981-1983.
Sistemas y Proyectos Futura, Ingeniera de Proyectos, 1985-1987.
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Especialista de Hidraúlica, 1987 a la fecha.
Universidad Nacional Autónoma de México, Profesor de Asignatura, 1993 a la fecha.
Formación:
Cursos especializados sobre tratamiento de aguas y lodos residuales, diplomado en
liderazgo gerencial, normas ambientales, residuos peligrosos, evaluación de proyectos
Otras actividades profesionales:
Profesora de asignatura en la División de Estudios de Posgrado de la Facultad de
Ingeniería de la UNAM (Campus Morelos)
Habilidades:
Manejo de equipo de laboratorio. Diseño y control sistemas a nivel piloto.
Reconocimientos de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental y de la
AIDIS por tabajos presentados en congresos, Reconocimientos del IMTA por desempeño
en el trabajo. Botón de oro AIDIS
Miembro de la Federación Mexicana de Ingeniería Ambiental, Sociedad Mexicana de
Hidráulica, International Water Association. Sociedad Mexicano de aguas
361
Más de 30 trabajos publicados en congresos nacionales e internacionales,7 artículos en
revistas con arbitraje, 10 conferencias por invitación
362

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE PLANTAS DE

Transcripción

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