El documento resume los criterios de selección para el tratamiento de aguas residuales, la carga contaminante y la población equivalente. Explica que la tecnología de tratamiento a implementar depende de la calidad del agua residual, su variabilidad y la calidad requerida por la norma. Define la carga contaminante como la cantidad de contaminación producida en un día y cómo se calcula. También explica el concepto de población equivalente y cómo se usa para evaluar cargas industriales.
El rezago en infraestructura de tratamiento de aguas residuales municipales en la mayoría de países de la región Latinoamericana y Caribeña es un asunto que no ha recibido la atención debida por parte de las autoridades competentes. Si bien en años recientes la inversión en este rubro se ha incrementado, el atraso acumulado en varias décadas se mantiene. La meta 10 dentro del objetivo 7 de los Objetivos de Desarrollo del Milenio ha sido alcanzada por la Región, con la excepción de pocos países en lo individual. Es así que en 2011 el 94% de la población tenía acceso al agua potable (la meta era 92%). Por su parte, el indicador para el saneamiento mejorado, de acuerdo con los criterios de la Organización de las Naciones Unidas, está a punto de alcanzarse, ya que se tiene un 82% frente a la meta del 84% prevista en 2015
Tratamiento de aguas residuales fitorremediacionNoslen Shiguango
Este trabajo fue realizado por un grupo universitario como trabajo final de una materia, en la que demostramos la eficiencia de las plantas para degradar y eliminar ciertos contaminantes presentes en el recurso agua, EL AMBIENTE ES NUESTRO MEDIO DE SUBSISTENCIA, ES NUESTRO DEBER PROTEGERLO..!!!
tratamiento de agua residuales, trabajo colaborativo de maestria en desarro sostenible. Universidad de manizales.
GUALDRÓN BECERRA NELSY
HERNANDEZ GOMEZ CLAUDIA
PIZARRO JIMENEZ JOSÉ
SANTIAGO GONZALEZ LIDIA
Capítulo 3 criterios de selección para el tratamiento de las aguas residuales
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CAPÍTULO 3. Criterios de selección para el tratamiento de las
aguas residuales
A partir del conocimiento de la calidad del agua residual, variablidad de la
descarga y la calidad del efluente requerido es decir a la luz de la norma de
vertimiento impuesta, se puede construir la base conceptual de la tecnología a
implementar. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que siempre existe un límite
inferior por debajo del cual es difícil mantener la actividad biológica y uno
superior, por encima del cual el tratamiento biológico no está en posibilidad de
metabolizar las sustancias resistentes a la actividad biológica.
Lección 11. Carga contaminante y
población equivalente
Diferentes son las concentraciones que se encuentran dentro de un agua residual.
No solo dependen de su tipo sino también de la propia actividad. Enuncia la
carga contaminante la cantidad de contaminación que se produce, genera o
contiene un volumen da agua residual en un día.
El producto de la concentración por el caudal, en un sitio específico, se
denomina carga y generalmente se expresa en kg/d, es decir que usualmente se
encuentra en unidades de peso/tiempo.
Toda fuente receptora, o sistema de tratamiento, tiene una capacidad específica
de asimilación de un contaminante. En el caso de un río, si se excede la
capacidad de asimilación, el río pierde las condiciones exigidas para su mejor uso
y se convierte en un río contaminado. En el caso de un sistema de tratamiento,
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si se excede su capacidad de tratamiento, por carga o por concentración, el
sistema entra en dificultades operacionales, probablemente pierde su capacidad
de remoción, y producirá un efluente inferior en calidad al requerido.
11.1 Carga contaminante
La variabilidad del caudal y de la concentración, así como la existencia de
aportes puntuales y no puntuales, complica la evaluación sobre una fuente
receptora específica. El porcentaje de remoción necesario depende, principalmente,
de la norma para el mejor uso de la fuente receptora. Por lo cual, en la fase de
planeación de un sistema de tratamiento para satisfacer una norma o estándar
de calidad, es de gran importancia calcular la carga máxima permisible que
puede disponerse si se quiere aprovechar la capacidad de autopurificación de la
fuente receptora y el beneficio económico consecuente.
Para flujos continuos, la carga másica se calcula mediante la ecuación 11.1:
W Q * C * FC
11.1
Donde:
W
= Carga másica - kg/d
Q
= Caudal - m3/d
C
= Concentración - mg/L o g/m3
FC
= Factor de conversión
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11.2 Población equivalente.
Es definida como “la relación [que existe entre la cantidad de contaminación,
usualmente expresados en DBO y SST] originada por una industria determinada y
las cantidades percápita que se encuentran normalmente en las aguas residuales
domésticas” (Orozco Op. cit., pág: 78).
Percápita indica cantidad de residuos que produce una persona durante un día.
Para ello se toma como referencia, algunas producciones percápita y, para ello
se relacionan en la tabla 5.
Tabla 5. Producción percápita
Parámetro
Magnitud (gr/hb-d)
DBO
61
Sólidos totales
129
Sólidos totales volátiles
89
Sólidos suspendidos
51
Nota: Datos tomados de
(Romero R., J., 2005, pág 20)
Luego, para calcular la población equivalente, se utiliza la ecuación 11.2
P
11.2
W
We
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Donde:
P
= Carga equivalente en personas - hab
W
= Carga másica - kg/d
We
= Carga equivalente, - gr/hab - d
En los casos donde la contaminación es de origen industrial y se requiera
conocer la cantidad de contaminación con relación a la que aporta la orgánica,
es decir en función de la población, es preciso conocer la población equivalente.
Tabla 6. Población equivalente para diferentes industrias
Sustancias
Tipo de actividad
Unidades
DBO5
Pe/U
sedimentables
kg/u
Viviendas
Personas
Hoteles, hospitales
Ocupantes
Oficinas
60 gr/hb -d
1
40
Empleados
1,5
Con cafetería
0,4
Sin cafetería
0,2
Panadería, tostado de
Empleados
1,5
café
Producción de almidón
De papa
De cereales
3-6 gr/L
500
1 ton cereal
Fábrica de malta
1 ton papa
6-10gr/L
350 - 1000
1 ton cereal
1,6 - 2
10 - 100
1 L agua residual
Mermelada, cacao,
Empleados
3
1,5 – 3
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1 ton de
chocolate
60
producto
Fábricas de aceite,
1 ton de
producción de
producto
500
margarina
Producción de queso
1 tonelada de
200
queso
1000 L de
leche
45 - 230
Solo procesamiento de
1000 L de
25 – 70
leche
leche
Tostado de maní
1 ton de maní
Nota: Datos tomados de
0,4 – 0,75
0,7
(GTZ, Cooperación Técnica República Federal Alemana, 1991)
Lección 12. Objetivos del tratamiento
El tratamiento y la disposición de aguas residuales adecuada busca la prevención
de la contaminación del agua y del suelo. Si se arrojan aguas residuales crudas
(excrementos humanos y orina) a un río o cuerpo de agua en exceso de la
capacidad de asimilación de contaminantes del agua receptora, este se verá
disminuido en su calidad y aptitud para usos benéficos por parte del hombre.
Afirma Romero R., con base en estudios e investigaciones
la [producción percápita] de excrementos humanos húmedos es aproximadamente de 80 a 270 gr/hab-d,
la orina es de 1 a 1.3 kg/hb-d, (el) 20% de la materia fecal y (el) 2.5% de la orina son material
putrescible. Por lo tanto la materia orgánica es putrescible, olorosa, ofensiva y [potencia un] riesgo para
la salud.
2005, pág 129.
El objetivo básico del tratamiento de agua es proteger la salud [y promover el
bienestar de las poblaciones] (Ibid, pág 129). En busca de cumplir este objetivo,
las cargas o concentración de contaminantes y nutrientes, constituyen el objeto
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de la regulación por parte de leyes, decretos y normas, para establecer la
calidad apropiada del agua, de acuerdo con los diferentes usos aplicables a ella.
El destino final de un volumen de aguas residuales puede ser la infiltración o la
descarga sobre un cuerpo hídrico superficial. De ser la primera opción es
necesario:
Tiene como objetivo principal el tratamiento de las aguas residuales obtener efluentes
líquidos de óptima calidad, es decir cumpliendo con los requisitos establecidos en las
normas, leyes y reglamentos. Para ello, puede optarse por un tratamiento sencillo,
práctica y en muchas ocasiones de bajo costo; en casos especiales puede aprovecharse
el caudal residual tratado para riego o usos industriales (torres de enfriamiento, p.e.).
El diseño de una planta de tratamiento de aguas
residuales debe partir del conocimiento de:
Cantidad de agua residual
Recolección de agua residual
Procesos de tratamiento que intervienen en
el sistema de tratamiento
Vertimiento tratado
La protección de los medios naturales para [el sano esparcimiento], la conservación de los recursos
naturales, la prevención contra la polución de las corrientes, la conservación y restauración de las
condiciones naturales constituyen razones tangibles e intangibles para el tratamiento de las aguas
[servidas]
(Baez N., J., 1995, pág 26).
De acuerdo con los objetivos que se establecen para el tratamiento de aguas
residuales, se realiza el diseño de las unidades que conforman el sistema. Se
pueden describir de acuerdo a su aplicación como pretratamiento, tratamiento
primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario como se indica en la
tabla 7
Vertimiento por infiltración - Requisitos
Recuerda:
Descargar las aguas residuales sobre la
superficie del suelo
Distribuir los caudales residuales bajo la
superficie mediante drenes
Distribuir los caudales residuales bajo la
superficie en zanjas o pozos de absorción
Eficiencia = (Afluente-Efluente)* 100
Afluente
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Tabla 7. Objetivos de tratamiento
Pretratamiento
Destinados a preparar las aguas residuales para que
puedan recibir un tratamiento subsiguiente sin
perjudicar a los equipos mecánicos y sin obstruir
tuberías y causar depósitos permanentes en tanques.
Rendimientos: SS: 5 – 15%, DBO5: 5- 10%, E. Coli: 10 –
25%
Tratamiento primario
Las operaciones físicas o tratamiento primario se
emplean para la separación de sólidos de gran tamaño,
sólidos suspendidos y flotantes, grasas y compuestos
orgánicos.
Rendimientos: SS: 40 – 70%, DBO5: 25- 40%, E. Coli: 25
– 70%
Tratamiento secundario
Se usa principalmente para remoción de DBO soluble y
sólidos suspendidos e incluye, por ello, los procesos
biológicos de lodos activados, filtros percoladores,
sistemas de lagunas y sedimentación.
Rendimientos: SS: 80 – 90%, DBO5: 80- 95%, E. Coli: 90
– 95%
Tratamiento terciario
Remoción de nutrientes para prevenir la eutrofización
de las fuentes receptoras. Mejora de calidad de un
efluente secundario con el fin de adecuar el agua para su
reuso.
Rendimientos: SS: 90 – 95%, DBO5: 80- 95%, E. Coli: 90
– 95%
Fuente:
Adaptado por la Autora
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Lección 13. Biología de las aguas residuales
Los
microorganismos
presentes
en
el
agua,
representan
varios
niveles
de
importancia de acuerdo con su patogenicidad, su uso como indicadores de
contaminación
y
su
función
como
ejecutores
del
tratamiento
biológico.
A
continuación, en la tabla 8 se presentan los organismos indicadores de la
contaminación.
Tabla 8. Organismos indicadores de contaminación
Organismo indicador
Coliformes
Características
Bacterias bacilares gram negativas que fermentan la lactosa con
producción de gas en 48 h a 35 ± 0,5°C. Existen cepas que no
conforman con la definición. Incluyen cuatro géneros: Escherichia,
Klebsiella, Citrobacter y Enterobacter.
El género Escherechia es el más representativo de contaminación fecal.
Coliformes fecales
Bacterias coliformes que producen gas a 44,5°C en 24 ± 2 h.
Kiebsiella
Bacteria coliforme termotolerante que se cultiva a 35 ± 0,5°C durante
24 ± 2 h.
Escherichia coli
Bacteria
coliforme
representativa
de
origen
fecal.
Constituye
los
coliformes fecales. Es el indicador fecal por excelencia.
Estreptococos fecales
Grupo
indicador
de
contaminación
fecal.
Su
número
puede,
en
ocasiones, ser mayor que el de los coliformes. Por lo general son
menos abundantes porque mueren rápidamente fuera del huésped. Su
presencia en el agua es indicadora de contaminación reciente. Los
enterococos S. faecalis y S. faecium son miembros específicamente de
origen humano, del grupo de los estreptococos fecales. Se encuentran
en menor número que otros organismos indicadores, pero exhiben su
supervivencia mejor en aguas de mar.
Clostridium perfringens
Bacteria
anaerobia
indefinidamente
en
esporulatoria,
el
agua.
lo
cual
Indicador
le
permite
deseable
en
existir
aguas
desinfectadas, en aguas de contaminación añeja o cuando no se
analiza la muestra con prontitud.
Fuente: Adaptado por la Autora
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BIOLOGÍA DE LAS AGUAS RESIDUALES
Revisa este video
http://www.youtube.com/watch?v=CexITI7JCPw
(recuperado el 21/11/2013)
13.1 Microorganismos presentes en el agua residual
13.1.1 Bacterias. Constituyen el grupo más importante en el tratamiento de aguas
residuales. Utilizan sustrato en solución, son heterótrofas o autótrofas, aerobias,
anaerobias o facultativas. Un centímetro cúbico de agua residual puede contener
miles de millones de bacterias. Conteos típicos de bacterias en aguas son los
siguientes:
13.1.2
Agua potable
Agua manantial
Agua limpia de río
Agua contaminada de río
Aguas residuales
Coliformes.
Los
géneros
< 1 célula/L
100 células/mL
103 células/mL
104 células/mL
> 106 células/mL
Escherichia
y
Aerobacter
son
bacterias
representativas de las coliformes. Por constituir un grupo muy numeroso, 2 x 1011
organismos por persona - día, en los excrementos humanos, se usan como
indicadores de contaminación por organismos patógenos en el agua. Con base en
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el ensayo de coliformes, un agua puede clasificarse de diferentes formas como lo
indica la tabla 9.
Tabla 9. Clasificación de las aguas en función del número de coliformes
Clase
NMP / 100 mL
1
Agua apta para purificación con sólo desinfección
2
Agua apta para purificación con tratamiento convencional
3
Agua contaminada que requiere tratamiento especial
4
< 50
Agua contaminada que requiere tratamiento muy especial
50 - 5000
5000 – 50000
> 50000
Fuente: Datos tomados de (Romero R., J., 2005, pág 193)
13.1.3 Hongos. Junto con las bacterias son los responsables principales de la
descomposición de la materia orgánica y, a diferencia de las bacterias pueden
tolerar ambientes de humedad baja y pH ácido. Requiere aproximadamente la
mitad del nitrógeno exigido por las bacterias y son importantes en el tratamiento
de residuos ácidos y de concentración de nitrógeno baja.
13.1.4 Algas. En aguas para abastecimiento pueden producir olores y sabores, en
aguas para recreación son indeseables y, algunas especies, son nocivas en aguas
para
piscicultura.
En lagunas
de estabilización son importantísimas
por su
actividad simbiótica con las bacterias y por la generación consecuente de oxígeno
para la estabilización de la materia orgánica.
13.1.5
Protozoos.
Los
protozoos
se
alimentan
de
bacterias
y
de
otros
microorganismos, así como de materia orgánica particulada. Son esenciales en la
operación de plantas biológicas de tratamiento y en los ríos, pues mantienen un
balance entre los diferentes grupos de microorganismos.
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13.1.6 Rotíferos. Se encuentran en efluentes aerobios de plantas de tratamiento
de
aguas
residuales.
Su
presencia
en un
efluente
indica
un
proceso
de
tratamiento biológico aerobio eficiente.
13.1.7 Crustáceos. Son importantes como predadores de plancton, en especial
Daphnia y Moina.
13.1.8 Virus. Cuando una célula infectada muere se emite una gran cantidad de
virus que infectarán otras células; los virus requieren un huésped, y para
sobrevivir cuando se dispersan en el ambiente son metabólicamente inertes.
Poseen una gran resistencia a la inactivación por agentes ambientales adversos, a
la desinfección con cloro u ozono y son inmunes a los antibióticos.
13.1.9 Plancton. Conjunto de organismos animales y vegetales, generalmente muy
diminutos que flotan y son desplazados pasivamente en el agua. El plancton es
un indicador común de calidad del agua; existe tanto en aguas contaminadas
como en aguas limpias.
13.1.10 Perifitón. Son indicadores muy útiles de contaminación porque responden
rápidamente a los efectos poluidores en la fuente de la contaminación.
13.1.11 Macrofitón. El macrofitón incluye plantas acuáticas, musgos acuáticos,
helechos y macroalgas. También son indicadores de contaminación.
13.1.12 Macroinvertebrados Benticos. Son útiles para determinar efectos de
polución debido a cargas orgánicas, alteración de sustratos y sutancias tóxicas.
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13.1.13 Nemátodos. Incluyen animales acuáticos que se encuentran, algunas
veces, en filtros de arena y en plantas aerobias de tratamiento de aguas
residuales.
13.1.14 Platelmintos. Gusanos parásitos en su mayoría, casi todos hermafroditas,
de cuerpo aplanado , sin aparato circulatorio ni respiratorio.
13.1.15 Peces. Son un constituyente importante del sistema acuático porque sirven
como indicador de calidad ambiental; son fácilmente afectados por cambios en la
salinidad, pH, temperatura y oxígeno disuelto.
13.2 Requerimientos nutricionales de los microrganismos
Son diversas las fuentes nutricionales de los microorganismos siendo la materia
orgánica y el dióxido de carbono más comunes de carbono celular. Cuando
utilizan
para
su
metabolismo
carbono
orgánico
se
denominan
organismos
heterótrofos y si lo hacen utilizando dióxido de carbono reciben el nombre de
autotrofos.
13.3 Crecimiento bacterial
Bacterias, algas unicelulares, protozoos y algunos hongos crecen mediante fisión
binaria (división de una célula en dos descendientes), tomando tiempos de
crecimiento “entre 10 y 120 minutos” (Romero R., J., 2005, pág 199).
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El tiempo de generación o periodo de fisión binaria se calcula mediante la
utilización de la ecuación 13.1
N N o 2 g
t
13.1
Donde:
N
= Número de microorganismos para el tiempo t
No
= Número inicial de microorganismos para el tiempo t = 0
t
= Tiempo de crecimiento – d
g
= Tiempo de generación (periodo requerido para duplicar una población) –
d
Luego la población bacteriana se obtiene a partir de la ecuación 13.2
N N o e t
13.2
Donde:
µ
= Tasa específica de crecimiento – d-1
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Lección 14. Principios para la selección del
tratamiento
Inicialmente la selección del tratamiento depende de variables como, tipo de
afluentes, requisitos de efluentes y métodos de disposición.
El tratamiento de aguas residuales incluye tratamiento de aguas de una sola
residencia, de aguas residuales de condominios y urbanizaciones, de aguas
residuales de alcantarillados municipales combinados, así como de aguas grises,
negras e industriales.
El determinante más importante en la selección del sistema de tratamiento lo
constituyen la naturaleza del agua residual cruda y los requerimientos de uso o
disposición del efluente.
14.1 Factores de influencia en la selección de procesos de tratamiento
Confiabilidad y costos son factores que tienen especial connotación sobre la
decisión a tomar en cuanto al tratamiento a utilizar ya que la primera se
relaciona directamente con la
bondad de
la
tecnología y la
segunda la
disponibilidad de área requerida por la misma. El detalle de las argumentaciones,
se exponen en la tabla 10.
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Tabla 10. Factores para la selección de procesos de tratamiento
Factor
Ponderación
CONFIABILIDAD
Resistencia a cargas choque de materiales orgánicos y tóxicos
Lagunas de estabilización facultativas
Lagunas aireadas
Filtros percoladores
Lodos activados
Sensibilidad de operación intermitente
Lagunas de estabilización facultativas
Lagunas aireadas
Filtros percoladores
Lodos activados
Destreza operativa del personal
Lagunas de estabilización facultativas
Lagunas aireadas
Filtros percoladores
Lodos activados
Máxima
Buena
Moderada
Mínima
Mínima
Mínima
Moderada
Máxima
Mínima
Baja
Moderada
Máxima
COSTOS
Requerimientos de terreno
Lagunas de estabilización facultativas
Lagunas aireadas
Filtros percoladores
Lodos activados
Costo de capital
Lagunas de estabilización facultativas
Lagunas aireadas
Filtros percoladores
Lodos activados
Costos de operación y mantenimiento
Lagunas de estabilización facultativas
Lagunas aireadas
Filtros percoladores
Lodos activados
Máximo
Máximo
Moderado
Moderado
Mínimo
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Moderado
Moderado
Máximo
Mínimo
Moderado
Moderado
Máximo
Fuente: Adaptado por la Autora
14.2 Factores de importancia en la selección de tratamientos
Factibilidad: Proceso compatible con las condiciones existentes de dinero
disponible, terreno existente y aceptabilidad del cliente o la comunidad.
Aplicabilidad: Proceso capaz de proveer el rendimiento solicitado, produciendo
un efluente con la calidad requerida para el rango de caudales previsto.
Confiabilidad: Capacidad de soporte de cargas y caudales extremos y mínima
dependencia de tecnología u operación compleja.
Costos: La comunidad o el propietario debe estar en capacidad de costear
todos los compuestos del sistema de tratamiento, así como su operación y
mantenimiento.
Características del afluente: Éstas determinan la necesidad de pretratamientos,
tratamientos, tipo de tratamiento (físico, químico, biológico o combinado).
Procesamiento y producción de lodos: La cantidad y calidad del lodo
producido determina la complejidad del tratamiento requerido para su
disposición adecuada.
Requerimientos de personal: Procesos sencillos requieren menos personal,
menor adiestramiento profesional.
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14.3 Principios utilizables para la selección
Los desechos generados por una planta d tratamiento de aguas residuales y la
calidad del efluente tratado son consideraciones inherentes a la decisión respecto
a la tecnología a implementar.
Son diferentes las características limitantes para el tratamiento biológico entre
ellos la eficiencia del propio sistema, la norma a cumplir y la presencia de
metales pesados ya que pueden inhibir la actividad biológica, como se muestra
en la tabla 11.
Tabla 11. Relación constituyente – limitante - tratamiento
Constituyente
Pretratamiento
o Inhibidora
Sólidos en suspensión
Concentración Limitante
sugerido
< 124 mg/L
Lagunas, sedimentación,
flotación
Aceites y grasas
> 100 mg/L
Flotación
Metales pesados
1 – 10 mg/L
Precipitación o intercambio
iónico
Alcalinidad
0.5 Kg como CaCO3
Neutralización de la alcalinidad
Acidez
Acidez mineral libre
Neutralización
Sulfuros
> 100 mg/L
Precipitación o desgasificación
Cloruros
8000 – 25000 mg/L
Dilución
Fenoles
70 – 160 mg/L
Desgasificación - Mezcla
completa
Amoniaco
>1600 mg/L
Dilución, ajuste de pH y
desgasificación
Sales disueltas
>16000 mg/L
Fuente: Datos tomados de (Baez N., J., 1995, pág: 35)
Dilución intercambio iónico
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Lección 15. Reactores y sus modelos
Muchas son las interacciones que interfieren en la interpretación de los resultados
de las reacciones químiccas y biológicas que ocurren en el ambiente receptor y
en los sistemas de tratamiento. De ahí, que para entenderlos se han desarrollado
procesos modelos para los procesos de transformación y tratamiento de los
constituyentes de las aguas residuales.
Se entiende como reactor la unidad o tanque donde transcurren bajo condiciones
controladas las reacciones químicas y biológicas propias del tratamiento de las
aguas
residuales.
intermitente,
Los
(batch
o
más
comunmente
cochada),
flujo
utilizados
a
pistón,
son:
mezcla
Reactor
de
completa,
flujo
lecho
empacado, fluidizado y manto de lodos con flujo ascendente.
15.1 Características hidráulicas de los reactores
15.1.1 Mezcla completa. Se produce cuando las partículas que entran al tanque
se dispersan en forma inmediata. Las partículas que salen del tanque lo hacen en
proporción a su distribución estadística.
15.1.1.1 Balance general:
Velocidad
de
Flujo
másico
de
Flujo
másico
trazador dentro del
trazador que entra
trazador
reactor
al reactor
del reactor
=
-
que
de
sale
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15.1.1.2 Balance simplificado:
Acumulación = entrada – salida
15.1.1.3 Expresión matemática: A partir de la figura 12
( t / to )
( t / to )
C
Concentración C o (1 e
del trazador a
)
C C e
o
Concentración
del trazador a
la salida
la salida
to
to
Tiempo, t
Tiempo, t
Sujeta
a
concentración
constante de trazador en el
Sujeta
a
adición
de
una
cantidad fija de trazador
afluente
Figura 12. Concentración del trazador en el efluente del reactor de mezcla completa
(Crites &
Tchobanoglous, 2000; pág 121)
dC
V QCo QC
dt
15.1
Simplificando se tiene:
dC Q
(Co C )
dt V
15.2
Integrando entre los límites C
entre Co y C y t = entre 0 y t, resolviendo:
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C CO (1 e t (Q / V ) ) CO (1 e t (t ) ) CO (1 e )
15.3
Donde:
to
= Tiempo teórico de detención
V/Q
y = Tiempo de retención
C CO e t (Q / V ) CO e t (t ) CO e
15.4
Donde:
Co
= Concentración inicial del trazador en el reactor
15.1.2 Flujo de pistón. Las partículas de flujo pasan a través del tanque y salen
en la misma secuencia en que entran. Las partículas mantienen su identidad y
permanecen en el interior del tanque en un tiempo igual al tiempo de retención
teórica. Ver figura 13.
Concentración
Concentración
del trazador a
del trazador a
la salida
la salida
Curva de
respuesta
Co
Co
Curva de
Área = 1
respuesta
Ancho = 0
to
Tiempo, t
Sujeta
a
concentración
constante de trazador en el
afluente
Tiempo, t
Sujeta
2000; pág 123)
concentración
constante de trazador en el
to
afluente
Figura 13. Concentración del trazador en el efluente del reactor del flujo a pistón
(Crites & Tchobanoglous,
a
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El balance de masa, puede escribirse así:
C
V QC x QC x x
t
15.5
Donde:
C
= Concentración del constituyente – C g/m3
V
= Elemento diferencial de volumen – m3
Q
= Caudal - m3/s
rc
= Velocidad de reacción del constituyente C – g/m3s
Si se reemplaza la expresión diferencial por el término QC x x de la ecuación 15.5
se tiene:
C
C
V QC Q C
x
t
x
15.6
Al reemplazar A x por v y se simplifica, se tiene la siguiente ecuación:
C
C
Ax Q
x
t
x
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15.7
Dividiendo por A y x, se tiene la ecuación 15.8
C
C
Ax Q
x
t
x
15.8
Y, en el límite cuando x tiende a cero, se obtiene la ecuación 15.9
C
Q C
C
v
t
A x
x
15.9
Donde:
v
= Velocidad de flujo
15.1.3 Reactores de mezcla completa en serie. Se emplean para modelar el
régimen de flujo intermedio entre el de mezcla completa y flujo a pistón, como
se observa en la figura 14
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Q1Co
Q1C2
Q1C1
V/n
V/n
1
2
Q1Cn
V/n
n
Figura 14. Balance de masas para un trazador conservativo
(Crites & Tchobanoglous, 2000; 124)
Supóngase que la cantidad fija de trazador se coloca en el primer reactor de
una serie de reactores con igual tamaño y que la concentración instantánea
resultante en ese primer reactor es Co, el volumen total de todos los reactores
es V y el volumen de cada reactor es V/n, donde n es el número de reactores
conectados en serie, se tiene entonces:
C1 Co e n(Q /V ) C0e n(t / to ) C0e n
t
15.10
Si se hace balance de materia para el segundo reactor, se obtiene:
V dC2
QC1 QC2
n dt
15.11
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La concentración en el efluente para el n-ésimo reactor se expresa en la
ecuación 15.12
Ci
Co
nQt / V i 1 e( nQt / V ) Co n i 1 e( n )
i 1!
(i 1)!
15.12
Referencias Bibliográficas
Baez N., J. (1995). Tratamiento básico de aguas residuales. Barranquilla: Ediciones Uninorte.
Crites & Tchobanoglous. (2000). Sistemas de manejo de aguas residuales para núcleos pequeños y
descentralizados (Vol. I). McGraw-Hill Interamericana, S.A.
Gómez R., C. (2012) Módulo Manejo de Aguas Residuales en Pequeñas Comunidades. Bogotá –
Colombia, Escuela de Ciencias Agrarias, Pecuarias y de Medio Ambiente, Ingeniería Ambiental,
ECAPMA, UNAD.
GTZ, Cooperación Técnica República Federal Alemana. (1991). Manual de disposición de aguas
residuales. Lima: CEPIS.
Ministerio de Desarrollo Económico. RAS 2000. (s.f.). Reglamento Técnico del Sector de Agua
Potable. Colombia.
Romero R., J. (2005). Tratamiento de aguas residuales (Primera reimpresión ed.). Bogotá: Escuela
Colombiana de Ingeniería.
Video
biología
de
las
aguas
residuales,
http://www.youtube.com/watch?v=CexITI7JCPw
recuperado
el
12/08/2012
de