Avances en el tratamiento de efluentes domésticos e ... · COMPENSAR LOS FACTORES QUE DETERMINAN...
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Avances en el
tratamiento de
efluentes domésticos
e industriales con
elevada carga
orgánica
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OBJETIVO
• PRESENTAR AVANCES EN ALGUNAS
ETAPAS DENTRO DEL PROCESO DE
TRATAMIENTO DE EFLUENTES CUYO
CONTENIDO PRINCIPAL ES MATERIA
ORGANICA PARA OPTIMIZAR EL PROCESO
GLOBAL EN LA BUSQUEDA DE REDUCIR
LOS COSTOS DE LA INVERSIÒN Y DE LAS
OPERACIONES DE TRATAMIENTO.
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CONTENIDO
1. PRESENTACION DE LA PROBLEMÁTICAASOCIADA AL TRATAMIENTO BIOLOGICO DEAGUA RESIDUAL.
2. PRESENTACION DE UNA ESTRATEGIA DIRIGIDA ACOMPENSAR LOS FACTORES QUE DETERMINANLA PROBLEMÁTICA.
3. PRESENTAR ESTUDIOS Y EXPERIENCIAS QUEHACEN FACTIBLE IMPLEMENTR UNA ESTRATEGIADE TRATAMIENTO QUE AYUDE A SUPERAR LAPROBLEMÁTICA PRESENTADA.
4. PRESENTAR LOS DISPOSITIVOS TECNOLOGICOSQUE SIRVEN DE SOPORTE PARA LA APLICACIÓNDE LAS EXPERIENCIAS EN MATERIA DETRATAMIENTO, CAPACES DE SUPERAR LAPROBLEMATICA PRSENTADA.
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Que es un efluente con elevada
relación de la carga orgánica?
• Es aquel en el cual la relación numérica entrelos sólidos volátiles y la ceniza en un análisis deun efluente crudo es siempre mayor que 4.
• También podría decirse que es aquel efluentedonde el % de sólidos volátiles es mayor del75% respecto a los sólidos totales.
• Para este tipo de efluentes el tratamiento deelección es el tratamiento biológico.
• De los cuales la aproximación mas común es eluso de aireación para forzar el metabolismoaeróbico.
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Casos
• Condominios residenciales.
• Centros comerciales.
• Frigoríficos y mataderos industriales.
• Destilerías.
• Industrias de alimentos en general.
• DBO: Oscila entre 500 y 2500
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La problemática asociada al
tratamiento de estos efluentes.
1. El elevado tiempo de residencia del tratamientobiológico.
2. La variación de la carga horaria.
3. La variación de caudal hidráulico.
4. La sincronización de caudal hidráulico con la etapa dedesinfección.
TODOS ESTOS FACTORES INCIDEN SOBRE LA EFICACIA DEL TRATAMIENTO
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1- El elevado tiempo de residencia
del tratamiento biológico.
• El tiempo de residencia de los todos los
procesos biológicos independientemente de la
tecnología empleada son superiores a 6
horas.
• Casi siempre promedian las 14 horas.
• En ciertas ocasiones llegan a estar entre las
16 y 22 horas.
Volumen de reactor= Caudal x Tiempo de residencia
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Consecuencias del elevado tiempo
de residencia en los procesos
biológicos
1. Requieren reactores de gran tamaño.
2. Implica problemas de difusión del aire.
3. Se elevan los costos de infraestructura por
requerirse mayor cantidad de difusores y tubería
de conducción de aire.
4. Se eleva los requerimientos de aireación y
consiguientes costos de operación para garantizar
la mezcla eficiente en el reactor.
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2- La variación de la concentración
orgánica en el efluente
• En casi todas las fuentes generadoras deefluentes ocurren variaciones en laconcentración de la materia orgánica en el agua.
• Por lo general, de noche se libera la mas bajaconcentración.
• En las horas picos del día se libera las mas altaconcentración por las actividades ordinarias.
• En horarios no pico se libera una cargaintermedia producto del mantenimiento y lavado.
Carga Organica= Solidos volatiles x Caudal
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Consecuencia de las variaciones
de la concentración
• Desbalance del equilibrio en el tratamiento de agua en múltipleshoras del día.
• El cultivo responde haciendo auto digestión si el balance tiende aaumentar; Es decir si la concentración de materia orgánica en elefluente crudo es baja.
• Si el balance tiende a reducirse, es decir si la concentración demateria orgánica en el reactor aumenta, entonces la respuesta delcultivo en el reactor es promover el crecimiento bacteriano.
• Esta respuesta siempre será mas lenta que los cambios en laconcentración de la materia orgánica en el agua.
• En todo caso la fluctuación de bacterias activas alteran el tiempode residencia en el reactor.
Constante Sólidos en el reactor
sólidos volátiles en el efluente crudo
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3- La variación de caudal hidráulico.
• El caudal hidráulico varia en el transcurso del día,entre los días de la semana y entre las épocas delaño.
• Es notorio en complejos residenciales de ciudadesdormitorios entre las horas de la mañana y horariosintermedios, los días de semana y los fines desemana y en época de vacaciones. También esnotorio el cambio del flujo en horarios nocturnos decentros comerciales.
• En los centros recreacionales y turísticos queoperan por temporadas
• En industrias que están sujetas a horarios deproducción.
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Consecuencia de las variaciones
del caudal.
• Modificación de la
relaciónConstante Sólidos en el reactor
sólidos volátiles en el efluente crudo
• Determina la necesidad de instalar tanques
de compensación de caudales y carga
• Y usar bombas de alimentación para
introducir flujos constantes al reactor del
sistema para evitar el desbalance entre las
bacterias y sustrato.
• Alteración en la dosis de los agentes
desinfectantes al final del proceso.
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Efecto de las variaciones del caudal en
la etapa de desinfección.
• En general la aplicación de agentesdesinfectante en la etapa de desinfección ocurrea flujo constante y se establece en Q medio.
• Pero los flujos de la descarga son variables.
• Esto determina que cuando el flujo es bajo (Qmin.), ocurre sobre dosificación de los agentesmicrobicidas
• Mientras que cuando el flujo es alto (Q máx.)entonces hay sub. dosificación y se produce unadesinfección deficiente.
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• Las situaciones de baja y sobre dosificación causan los siguientes problemas:
– La sobrealimentación del oxidante elevará el consumo
de productos químicos, el costo del tratamiento, y
provocará daños por corrosión a los componentes
metálicos del sistema.
– Por otro lado la subalimentación del oxidante producirá
daños en la calidad del agua y pérdida de eficacia debido
a crecimiento de los microorganismos, este crecimiento
afectará por corrosión secundaria al componente metálico.
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ESTRATEGIAS DE COMPENSACION DE LA
PROBLEMATICA
1- Bajar la concentración del sustrato (DBO) a la
entrada del reactor biológico, efectuando un
tratamiento Primario.
2- Aumentar el estado de Oxidación del sustrato
durante el tratamiento primario.
3- Sincronizar las variables del tratamiento
biológico y de la etapa de desinfección al flujo y
concentración del vertido.
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Estrategia 1
Efecto de la eficiencia del tratamiento
primario sobre el tamaño del reactor13750litros
0,00
1.000,00
2.000,00
3.000,00
4.000,00
5.000,00
6.000,00
7.000,00
0,00% 0,10% 0,20% 0,30% 0,40% 0,50% 0,60% 0,70%
remoción primaria
vo
lum
en
del re
acto
r
Serie1
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Efecto de la eficiencia del tratamiento
primario sobre el tamaño del reactorQ= 52200 litros/ dia
0,00
5.000,00
10.000,00
15.000,00
20.000,00
25.000,00
0,0% 0,1% 0,2% 0,3% 0,4% 0,5% 0,6% 0,7%
% de remoción primaria
vo
lum
en
del ta
nq
ue
Serie1
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efecto del tratamiento primario sobre el tamaño del reactor
y = -572917x + 5729,2
R2 = 1
0,00
1.000,00
2.000,00
3.000,00
4.000,00
5.000,00
6.000,00
7.000,00
0,00% 0,10% 0,20% 0,30% 0,40% 0,50% 0,60% 0,70%
eficinecia del tratamiento primario
vo
lum
en
de r
acto
r p
rin
cip
al
Serie1
Lineal (Serie1)
TR: 10 Horas, K= 0.145, %volatiles =0,8%,
MASA DE BACTERIAS: 5 gramos / Litro
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impacto del tratamiento primario en el consumo de
oxigeno en el tratamiento secundaro
0
5
10
15
20
25
30
0,00% 0,10% 0,20% 0,30% 0,40% 0,50% 0,60% 0,70%
eficacia del tratamiento primario
kil
os d
e o
xig
en
o e
n e
l re
acto
r d
iari
o
Serie1
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impacto del tratamiento primario en el caudal del
soplador en untratamiento secundario
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
450000
0,00% 0,10% 0,20% 0,30% 0,40% 0,50% 0,60% 0,70%
eficacia del tratamiento primario
cau
dal
del
so
pla
do
r
lpm aire
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Efecto de la eficiencia del tratamiento
primario sobre el tamaño del reactor
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Estrategia 2:Aumentar el estado de oxidación del
Sustrato durante el tratamiento primario
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Aumentar el estado de oxidación del
Sustrato durante el tratamiento primario
• Selección de la Muestra:
• Desechos de melaza Concentrados solubles de melaza
• Alto contenido lignocelulósico, compuestos fenólicos, aldehídos y color.
• Material con elevado contenido de sólidos de difícil sedimentación en condiciones normales
• Y con elevados requerimientos de agentes coagulantes para aplicar un tratamiento primario avanzado.
• Composición variable.
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PARAMETRO
Mg / L
Aceites y grasas 5
Aldehidos 15
Cloruros 3.384
Color 500
Conductividad 4
DBO 9.000
DQO 73.003
Detergentes y dispersantes 0,25
Fenoles 3
Fosforo Total 0,02
Nitritos + nitratos 0,01
PH 8
Sólidos suspendidos 8.505
sólidos sedimentables 15
Salinidad 2
Sulfato 2.750
Sulfuro 9
Turbidez 700
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Diseño experimental
• Hipótesis 1:
• Si se eleva el estado de oxidación de la muestra, entonces los
sólidos presentes en ella precipitaran de forma natural.
• Hipótesis 2:
• Si mediante la oxidación, los grupos químicos de las moléculas
presentes en la muestra asumen una naturaleza aniónica entonces
interactuaran de manera mas eficiente con los cationes de los
agentes coagulantes y se producirá un elevado grado de remoción
en el agua.
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Diseño experimental
• Monitoreo de la reacción de Oxidación primaria.
• PH: Las muestras son ácidas y para efectuar las reacciones a
diferentes pH hubo que elevarlo empleando soda cáustica
• Potencial de Oxidorreducción: Los Niveles de
Oxidorreducción medidos en todas las muestras son
negativos, lo que indica que el poder reductor de los
componentes de la muestra es elevado.
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-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
0 2 4 6 8 10
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Una reacción típica ORP en relación a diversos PH.
lect ura del ORP varios pH 2% peroxido a ph const ant e
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
0 10 20 30 40 50 60 70
tiempo
OR
P
5,5
6,5
7,5
8
8,5
9
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Una reacción Típica
Orp en el tiempo.
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Resultados:Determinación de los sólidos que sedimentan vrs el pH de
la reacción
y = 5,2949x + 7,2288
R2 = 0,915
0
10
20
30
40
50
60
70
0 2 4 6 8 10ph
so
lido
s q
ue
se
dim
en
tan
solidos que sedimentan
Lineal (solidos que
sedimentan)
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Resultados1 hora de sedimentación
1%
pe
roxid
o
5%
pe
roxid
o
Ph 7,5 ph 8,5 Ph 7,5 ph 8,5
7.5
% p
ero
xid
o
Ph 7,5 ph 8,5
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Resultado Apariencia del sobrenadante obtenido, oxidado con
peroxido 7,5% pH: 8,5.
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ResultadosEnsayo de coagulación - Floculación
Sobrenadante tratado con
floculante de Muestra Oxidada con
7,5% de peroxido
Mue
stra
orig
inal
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Conclusión• Este resultado es sumamente positivo porque:
• 1-Demuestra que la oxidación del efluente concentradohace viable la sedimentación de un 80% de los sólidosoriginalmente presente en ella.
• Con procesos de coagulación y floculación es posibleremover el resto del material que prevalece en la parteliquida de la muestra oxidada.
• Se corroboran las hipótesis de trabajo iniciales en lascuales mediante la oxidación se modifican laspropiedades de una significativa cantidad de sólidosorgánicos presentes en el material original y de estaforma se reduce el costo de insumos químicosrequeridos para el tratamiento.
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Estrategia 3:Sincronizar las variables del tratamiento
biológico y de la etapa de desinfección al
flujo y concentración del vertido.
• El uso de la medición de potencial óxido reducción(ORP) va a acostumbrarnos a realizar el control exacto,inmediato, automático y proporcional de:
• El Control de las variables del tratamiento biológico
• De la correcta dosificación de agente oxidante en elagua sin importar si el tratamiento de la misma es encontinuo o en lotes. …”
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Que es el Potencial
oxidorreducción?
• Es la media del estado de oxidación que existe en el
agua. Se expresa en milivoltios y la escala va de -2000 a
+2000 mv.
• Como guía podemos decir que valores de ORP
negativos expresan condiciones reductoras en el medio,
mientras que valores positivos expresan condiciones
oxidantes.
• El potencial redox se calcula como:
• Eh = 1, 234 - 0,058 pH + 0,0145 log (10) Po, siendo Po
la presión parcial de oxígeno expresada en atmósferas.
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POTENCIAL REDOX EXPRESA LA CONDICIÓN ECOLÓGICA DE UN
AMBIENTE ACUATICO.
En el sedimento del fondo de los ecosistemas acuáticos encontramos una zona
superior oxidada y a medida que se agota el suministro de oxígeno en
profundidad aparece una zona reducida. El potencial es positivo en la zona
oxidada y negativo en la zona reducida o del sulfuro.
En la zona reducida la actividad microbiana recupera hacia arriba los nutrientes
en forma de gases.
En la zona de transición existen bacterias quimiosintéticas y fotosintéticas en el
caso de que haya luz.
En la zona reducida sólo las bacterias anaerobias como las reductoras del
sulfato y las del metano, protozoos anaerobios que se nutren de bacterias y
algunos nematodos
Esta condición se puede encontrar en una planta de tratamiento y es un reflejo
de la condición metabólica del cultivo
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Poder Oxidante: se refiere a la capacidad de ciertas
moléculas en aceptar electrones de otras en un medio acuoso
• Producto símbolo valor relativo de ORP
• Fluoruro F- 2,25
• Radical hidroxilo OH- 2,05
• Oxigeno atómico O1 1,78
• Ozono O3 1,52
• Peróxido de hidrogeno H2O2 1,30
• Permanganato de potasio KMNO4 1,22
• Ácido hipocloroso H2OCL 1,10
• Cloro (gas) Cl2 1,0
• Oxigeno O2 0,94
• Hipoclorito de sodio NaClO 0,69
• Bromuro Br-- 0,57
Potencia relativa de algunos agentes oxidantes
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Poder Reductor: Se refiere a la capacidad de ciertas
moléculas en donar electrones a otras en un medio acuoso
• El Agente reductor que aparece en el agua residual es el asociado al sulfuro de hidrogeno, que aparece como un metabolito de excreción producto de la condición anaeróbica.
• Puede medirse en un sistema de tratamiento mediante el uso del potencial redox.
• Hay tres zonas
• Anaeróbica: Desde valores negativos hasta 100 mv
• Facultativa: entre 100 y 200 mv
• Aeróbica: entre 200 y 300 mv
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ORP en un proceso de lodos activados
Fuente Hyperion
Lugar ORP medido
RECEPCION 0- 5 MV
PRETRATAMIENTO DE 0 A 150 MV
DECANTADOR PRIMARIA DE 150 A 0 MV
AIREACION DESDE 0 HASTA 300 MV
SEDIMENTACIÒN SECUNDARIA DESDE 300 HASTA 200 MV
DESINFECCIÓN DESDE 250 HASTA 600 MV
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• En los sedimentadores al acumularse
materia orgánica activa en el fondo, se
producen zonas anaeróbicas.
• Este diferencial del ORP entre el tope y el
fondo permite implementar procedimientos
neumáticos para la detención o aumento
del flujo de retorno en el sedimentador
secundario o de extracción de lodos al
lecho de secado en el sedimentador
primario.
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Dispositivos de control para el
tratamiento
Controladores de ORP
Controladores de PH
Controladores de ORP y pH simultaneo
Generadores de Ozono