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Manual técnico sobre tecnologías biológicas aerobias ...

Manual t cnico sobre tecnolog as biol gicas aerobias aplicadas al tratamiento de aguas residuales industriales Red de Tratamiento y reciclaje de aguas industriales mediante soluciones sostenibles fundamentadas en procesos biol gicos. (TRIT N-316RT0506) tecnolog as aerobias de tratamiento 2 Autores: ISBN: 978-84-09-06055-9 Autores: Dr. Germ n Buitr n M ndez. Instituto de Ingenier a. Unidad Acad mica Juriquilla. Universidad Aut noma de M xico. Dra. Clara Reino S nchez. Departamento de Ingenier a Qu mica, Biol gica y Ambiental. Escola d Enginyeria. Universitat Aut noma de Barcelona. Dr. Juli n Carrera Muyo. Departamento de Ingenier a Qu mica, Biol gica y Ambiental. Escola d Enginyeria. Universitat Aut noma de Barcelona. RED TRIT N 316RT0508 PROGRAMA CYTED ISBN: 978-84-09-06055-9 tecnolog as aerobias de tratamiento 3 NDICE 1.

1. Fundamentos del tratamiento de las aguas residuales 1.1. Introducción al tratamiento de las aguas residuales La industrialización, la cada vez mayor urbanización, los nuevos estándares de la vida moderna y la agricultura extensiva han dado lugar a una ingente producción de agua

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1 Manual t cnico sobre tecnolog as biol gicas aerobias aplicadas al tratamiento de aguas residuales industriales Red de Tratamiento y reciclaje de aguas industriales mediante soluciones sostenibles fundamentadas en procesos biol gicos. (TRIT N-316RT0506) tecnolog as aerobias de tratamiento 2 Autores: ISBN: 978-84-09-06055-9 Autores: Dr. Germ n Buitr n M ndez. Instituto de Ingenier a. Unidad Acad mica Juriquilla. Universidad Aut noma de M xico. Dra. Clara Reino S nchez. Departamento de Ingenier a Qu mica, Biol gica y Ambiental. Escola d Enginyeria. Universitat Aut noma de Barcelona. Dr. Juli n Carrera Muyo. Departamento de Ingenier a Qu mica, Biol gica y Ambiental. Escola d Enginyeria. Universitat Aut noma de Barcelona. RED TRIT N 316RT0508 PROGRAMA CYTED ISBN: 978-84-09-06055-9 tecnolog as aerobias de tratamiento 3 NDICE 1.

2 Fundamentos del tratamiento de las aguas residuales .. 4 Introducci n al tratamiento de las aguas residuales .. 4 Caracterizaci n de las aguas residuales .. 5 Medida del contenido en s lidos .. 5 Medida del contenido en materia org nica .. 8 2. Tratamiento biol gico aerobio de aguas 11 Fundamentos del tratamiento biol gico de aguas residuales .. 11 Tratamiento de lodos activos o lodos activados .. 12 Principales par metros operacionales del proceso de lodos 15 Estrategias de operaci n del sistema de lodos activos .. 19 3. Problemas operacionales y situaciones adversas en un sistema de tratamiento de aguas residuales .. 22 Bulking .. 22 Formaci n de espumas .. 23 D ficit de alcalinidad en aguas residuales industriales .. 24 D ficit de material org nica en aguas residuales industriales .. 25 Per odos de hambruna durante la operaci n .. 26 Alternancia secuencial de contaminantes en el agua residual.

3 27 4. Bibliograf a .. 28 tecnolog as aerobias de tratamiento 4 1. Fundamentos del tratamiento de las aguas residuales Introducci n al tratamiento de las aguas residuales La industrializaci n, la cada vez mayor urbanizaci n, los nuevos est ndares de la vida moderna y la agricultura extensiva han dado lugar a una ingente producci n de agua residual en los pa ses industrializados (Por ejemplo, en la Uni n Europea se producen 25 150 m3/persona/a o [1]. El agua residual se define como el agua generada en la actividad humana tras haber sido contaminada por los diversos usos a los que ha sido sometida. Los componentes que configuran el agua residual que genera una comunidad incluyen: - agua residual dom stica (o sanitaria): agua residual procedente de zonas residenciales y de servicios como las instalaciones comerciales.)

4 - agua residual industrial: agua residual procedente de cualquier actividad industrial o comercial (que no sean aguas dom sticas) en la cual predominan residuos industriales. - Infiltraci n y conexiones incontroladas: agua que penetra de forma no controlada en la red de alcantarillado, como el agua procedente del subsuelo y el agua pluvial procedente de bajantes de edificios, drenajes de cimentaciones y alcantarillas pluviales. - agua pluvial: agua resultante de la escorrent a superficial. La mayor parte de las aguas residuales contiene, en forma suspendida o disuelta, sustancias indeseables. Independientemente del origen que pueden tener estos residuos, constituyen una fuente potencial de contaminaci n y como tal deben recibir una atenci n adecuada. As , los objetivos del tratamiento de las aguas residuales son: - La eliminaci n de la materia en suspensi n - El tratamiento de los compuestos org nicos biodegradables tecnolog as aerobias de tratamiento 5 - La eliminaci n de los microorganismos pat genos - La eliminaci n de nutrientes como el f sforo y el nitr geno - La eliminaci n de compuestos t xicos o recalcitrantes Los tratamientos m s habituales se ocupan de la eliminaci n de materia org nica biodegradable, s lidos en suspensi n y pat genos presentes en el agua residual, aunque en los ltimos a os ya se han implementado en gran medida tratamientos m s restrictivos, que se ocupan tambi n de la eliminaci n de nutrientes, metales pesados y otros contaminantes prioritarios.

5 Cabe resaltar que, actualmente, se busca recuperar algunos contaminantes del agua , como el nitr geno y el f sforo, para su uso como fertilizantes. Caracterizaci n de las aguas residuales Las principales propiedades f sicas y constituyentes qu micos y biol gicos del agua residual y sus fuentes se encuentran listados en la Tabla 1. El conocimiento de las caracter sticas del agua residual a tratar es fundamental para poder seleccionar y dise ar las instalaciones de recogida, tratamiento y evacuaci n, as como para la gesti n de calidad del medio ambiente. De este modo, se han desarrollado numerosos an lisis, tanto cuantitativos como cualitativos, para la caracterizaci n de las aguas residuales . Los m s destacados se listan en esta secci n: Medida del contenido en s lidos El contenido en s lidos es la propiedad f sica m s importante a tener en cuenta en la caracterizaci n de un agua residual y se puede definir seg n distintos criterios (en la Figura 1 se detalla la relaci n entre las distintas fracciones del contenido en s lidos).

6 La determinaci n de los s lidos en suspensi n y los s lidos disueltos se realiza ordinariamente en la caracterizaci n de las aguas residuales . Los s lidos en suspensi n son aquellos que pueden ser visibles (aportan turbidez al agua ) y se pueden retener mediante filtraci n (filtros con tama o de poro entre m); mientras que los s lidos disueltos son aquellos que, por definici n, quedan en el filtrado resultante de utilizar un filtro de m o menor (Figura 2). tecnolog as aerobias de tratamiento 6 A menudo tambi n se utiliza el t rmino de s lidos coloidales, que son aquellos que pueden atravesar un filtro de papel, no son sedimentables y su tama o puede variar entre m. Los s lidos coloidales no se suelen determinar rutinariamente en el tratamiento de aguas residuales . Una caracter stica importante del contenido en s lidos de un agua residual es la sedimentabilidad.

7 Los s lidos sedimentables son aquellos que sedimentan en un per odo definido de tiempo en condiciones quiescentes (Figura 2). El test est ndar para medir la sedimentabilidad de los s lidos de un agua residual es la determinaci n del ndice Volum trico de Lodos (IVL). La determinaci n del IVL se realiza en una probeta de vidrio de 1 litro de volumen y consiste en medir el volumen de s lidos sedimentados (en mililitros) despu s de un tiempo determinado, t picamente en 30 minutos. Figura 1. Relaci n entre las diferentes fracciones del contenido en s lidos en una muestra de agua residual. tecnolog as aerobias de tratamiento 7 Tabla 1 Principales propiedades f sico-qu micas del agua residual y sus fuentes. Caracter sticas Fuentes Propiedades f sicas Color aguas residuales industriales y dom sticas Olor aguas residuales en descomposici n, residuos industriales S lidos aguas residuales industriales y dom sticas, erosi n del suelo Temperatura Aguas industriales Componentes org nicos Carbohidratos Residuos dom sticos, comerciales e industriales Grasas y aceites Residuos dom sticos, comerciales e industriales Pesticidas Residuos agr colas Fenoles Residuos dom sticos, comerciales e industriales Prote nas Residuos dom sticos, comerciales e industriales T xicos prioritarios Residuos dom sticos, comerciales e industriales Surfactantes Residuos dom sticos, comerciales e industriales COVs Residuos dom sticos, comerciales e industriales Otros Descomposici n natural de la materia org nica Componentes inorg nicos Alcalinidad Aguas dom sticas.

8 Infiltraci n de aguas subterr neas Cloruros Aguas dom sticas, infiltraci n de aguas subterr neas Metales pesados Aguas industriales Nitr geno Residuos dom sticos y agr colas F sforo Aguas dom sticas, comerciales e industriales, escurrimiento natural pH Residuos dom sticos, comerciales e industriales T xicos prioritarios Residuos dom sticos, comerciales e industriales Azufre Distribuci n de aguas dom sticas, residuos dom sticos, comerciales e industriales Gases cido sulfh drico Descomposici n de residuos dom sticos Metano Descomposici n de residuos dom sticos Ox geno Abastecimiento de aguas dom sticas, infiltraci n de agua superficial tecnolog as aerobias de tratamiento 8 Figura 2. A) Montaje experimental para la filtraci n de s lidos suspendidos. B) Filtros con los s lidos suspendidos resultantes del proceso de filtraci n. C) Determinaci n de los s lidos sedimentables.

9 La Ecuaci n 1 muestra el c lculo del IVL: (1) en donde, VMUESTRA SEDIMENTADA es el volumen de s lidos sedimentados en una muestra de un volumen total de un litro despu s de un tiempo determinado y TSMUESTRA es la concentraci n de s lidos suspendidos en la muestra inicial. Medida del contenido en materia org nica El contenido de materia org nica en las aguas residuales engloba principalmente prote nas (40 60%), carbohidratos (25 50%), y aceites y grasas (8 12%), adem s de urea y un largo n mero de mol culas org nicas sint ticas m s o menos complejas [2]. A lo largo de los a os, se han desarrollado numerosas pruebas para determinar el contenido en materia org nica presente en un agua residual, entre las que se pueden destacar: la demanda biol gica de ox geno (DBO), la demanda qu mica de ox geno (DQO) y el carbono org nico total (COT).

10 Adem s, los compuestos traza se determinan utilizando m todos instrumentales como la cromatograf a de gases y la espectrometr a de masas. tecnolog as aerobias de tratamiento 9 Demanda Biol gica de Ox geno (DBO) La Demanda Biol gica de Ox geno determinada a los 5 d as (DBO5 o DBO) es un par metro que mide la cantidad de ox geno requerida por los microorganismos para la oxidaci n de la materia org nica presente en el agua . Los microorganismos (principalmente bacterias) consumen ox geno para metabolizar dicha materia org nica. Cuanto mayor sea el contenido en materia org nica a metabolizar, mayor ser el requerimiento de ox geno y, por tanto, mayor la DBO. Los microorganismos presentes en el agua residual no solamente son capaces de metabolizar la materia org nica sino tambi n distintos componentes inorg nicos, como el amon aco, y por lo tanto este tambi n contribuye al requerimiento de ox geno.


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