Este documento describe los procesos unitarios y tratamientos físicos, químicos y biológicos utilizados en plantas de tratamiento de aguas residuales. Explica los diferentes procesos como pretratamiento, tratamiento primario, secundario y terciario. También describe varios tratamientos biológicos como lodos activados, filtros percoladores y lagunas de estabilización. Finalmente, explica conceptos clave como bacterias, crecimiento bacteriano y diseño de filtros percoladores.

1. UNIDAD 5
PROCESOS UNITARIOS Y TRATAMIENTOS FÍSICOS,
QUÍMICOS Y BIOLÓGICOS EN AGUAS RESIDUALES

2. AGUAS RESIDUALES
Se denomina así a aquellas que resultan del uso doméstico o
industrial del agua. Se les llama también aguas residuales, aguas
negras o aguas cloacales.
Son residuales pues, habiendo sido usada el agua, constituyen un
residuo, algo que no sirve para el usuario directo.

3. PROCESOS UNITARIOS
Etapas del tratamiento de aguas residuales:
- Pretratamiento: Desbaste y Separadores de aceite.
- Tratamiento Primario: Flotación, Coagulación,
Sedimentación, Filtrado.
- Tratamiento Secundario: reactor de fangos activados, filtros
percoladores, soportes biológicos rotativos, lagunas
aireadas, lagunas de estabilización.
- Tratamiento Terciario: Filtros de arena, tanques de aireación
, Desinfección, Decantadores

4. PROCESOS UNITARIOS
Pretratamiento
Tratamiento
Terciario
Tratamiento Primario
Esquema de una Planta de tratamiento de aguas residuales

5. PROCESOS UNITARIOS FÍSICOS
Procesos Unitarios Físicos:
-Desbaste: Consiste en hacer pasar el agua a través de rejas o
tamices, los cuales retienen los sólidos de tamaño mayor a la
separación de las barras.

6. -Flotación: El objetivo de este proceso es que los sólidos
cuya densidad es menor que la del agua asciendan a la
superficie de la unidad de donde son retirados por desnatado.
Para mejorar la eficiencia del proceso, se emplean agentes de
flotación, ejemplo el aire.
PROCESOS UNITARIOS FÍSICOS

7. PROCESOS UNITARIOS FÍSICOS
Secado
Esta operación unitaria se utiliza para los fangos. El
secado de los fangos se consigue mezclándolos
internamente con aire caliente en un secadero o
situándolos en lechos de secado cubiertos con vidrio o a
cielo abierto.

8. Lechos de Secado de Lodos
PROCESOS UNITARIOS FÍSICOS

9. Son procesos de tratamientos de aguas residuales en donde se realizan
transformaciones que involucran reacciones químicas: Absorción,
Intercambio de Iones, Neutralización, Precipitación Química, Reacciones de
Oxido – Reducción, desinfección.
Precipitación química
Se adiciona al agua una sustancia química soluble cuyos iones reaccionan
con los de la sustancia que se desea remover, formando un precipitado.
PROCESOS UNITARIOS QUÍMICOS

10. Transferencia De Gases
La transferencia de gases se puede definir como el fenómeno
mediante el cual se transfiere gas de una fase a otra, normalmente de
la fase gaseosa a la líquida.
PROCESOS UNITARIOS QUÍMICOS

11. Combustión: se emplea cuando se desea disminuir la cantidad
de desechos obtenidos en los tratamientos biológicos. El método
para el tratamiento térmico de biomasa incluye la carga del
material en el convertidor, a una temperatura entre 650-950ºc.
PROCESOS UNITARIOS QUÍMICOS
Biomasa Cenizas
Gas

12. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamientos Secundarios
Los organismos intervienen en la transformación de materia orgánica
biodegradable en materia estable.
Entre los tratamientos secundarios se encuentran: filtros biológicos
percoladores, lagunas de estabilización y fangos activados.

13. Son los procesos que se realizan a las aguas residuales por oxidación y/o
reducción de la materia orgánica por microorganismos aeróbicos o
anaeróbicos.
Procesos aerobios: Son los procesos de tratamiento biológico que se dan en
presencia de oxígeno.
Procesos anaerobios. Procesos de tratamiento biológico que se dan en
ausencia de oxígeno.
PROCESOS UNITARIOS BIOLÓGICOS
Procesos facultativos. Son los procesos de tratamiento biológico en los que los
organismos responsables pueden funcionar en presencia o ausencia de oxígeno
molecular.

14. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Las bacterias son microorganismos procariotas de organización muy
sencilla. La célula bacteriana consta de una suspensión coloidal llamada:
citoplasma. En el citoplasma se encuentra el ARN y el ADN.
BACTERIAS

15. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Nutrición
Todos los mecanismos posibles de obtención de materia y energía
podemos encontrarlos en las bacterias.
Bacterias útiles en los tratamientos secundarios: nitrosomas
(amoniaco a nitrito), nitrobacter (nitrito a nitrato), bacterias
sulfuricas purpuras y verdes (H2S), acinetobacter (fosfatos) entre
otras.

16. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Reproducción
Generalmente las bacterias se reproducen por bipartición, como
se ve en el siguiente esquema:

17. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Crecimiento Poblacional
Es el incremento en el número de células microbianas en una
población, también se puede cuantificar como un incremento en la
masa bacteriana.
Velocidad de Crecimiento
Cambio en el número de células o biomasa por unidad de tiempo.
Tiempo de Generación
Tiempo requerido para que a partir de una célula se formen dos
células (tiempo de duplicación).

18. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tiempo
Logaritmo
del
número
viable
de
microorganismos
Fase de
Aclimatación
Crecimiento
Exponencial
Muerte
Fase
Estacionaria
Curva de Crecimiento Bacterial

19. Lodos activados
En este proceso el efluente de un tratamiento primario es puesto en
contacto (en una unidad de reacción) con el lodo activado (alta
concentración microbiana).
Se debe garantizar un buen contacto entre la carga entre el oxigeno
disuelto y la biomasa.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

20. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
La remoción de DBO ocurre a través de los siguientes mecanismos
a) Coagulación y adsorción
b) Biosorción (Absorción): la materia orgánica es removida y almacenada en
el interior de los microorganismos.
c) Crecimiento del lodo
d) Autodigestión (Respiración endógena)
Reactor
Afluente Clarificador o
Separador
Efluente
Lodo de Recirculación Exceso de Lodo

21. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Filtros Percoladores
Son bioreactores que emplean una capa de microorganismos
adheridos a un soporte o medio permeable, que permite la depuración
del agua residual.
A el medio permeable se le denomina empaque y los microorganismos
forman una capa sobre el empaque al que se le denomina biopelícula.

22. Filtro Percolador
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

23. Filtro biológico rotatorio (Biodisco)
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

24. Filtro Percolador Anaeróbico
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

25. Elementos de un filtro percolador
- Reactor: poseen una profundidad de 0,5 a 2,5 m en los casos donde
se emplea piedra como material de soporte y puede alanzar los 12 m
cuando el soporte es plástico.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

26. - Medio Filtrante o soporte: material poroso, ya sea de piedras o
plástico. El diámetro de las piedras varía entre 2,5 y 10 cm. Debe tener
un área grande de superficie con grandes aberturas para permitir que el
material biológico tenga buena aireación.
Elementos de un filtro percolador
Empaque
Estructurado
Empaque Aleatorio
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

27. Fondo recolector: Debe ser adecuado para asegurar la
ventilación necesaria del filtro. Se utilizan bloques cerámicos
huecos a manera de piso falso en los cuales se tienen orificios
que permiten la ventilación necesaria para mantener un proceso
aerobio.
Elementos de un filtro percolador
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

28. Baja
Carga
Carga Alta Carga Muy
Alta
Carga Hidráulica (m3/m2
día)
1 – 4 8 – 40 40 – 200
Carga Orgánica (Kg/m3 día) 0,08 – 0,4 0,4 – 5 0,8 – 6
Profundidad (m) 1,5 – 2,5 1 – 2 4,5 – 12
Recirculación 0 1 – 3 1 – 4
Medio Filtrante Piedras,
Escoria
Piedras,
Escoria o
sintéticos
Piedras,
Escoria o
sintéticos
Parámetros de Diseño de un filtro
percolador
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

29. Donde:
E1 = Eficiencia en %
w = DBO que ingresa al filtro, Kg/d
V = Volumen útil del filtro, m3.
F = factor de recirculación
Factor de recirculación
F = 1 + R
(1 + (1 – f)*R)2
Donde:
R =Relación de recirculación
f = factor de peso
F = factor de recirculación
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

30. Donde:
E2 = Eficiencia del filtro secundario en %
w’ = DBO que ingresa al filtro, Kg/d
V = Volumen útil del filtro, m3.
F = factor de recirculación
E1 = Eficiencia en la primera etapa, < 1
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

31. Diseño de un filtro percolador
Se e -(K*Av/L)
So
Donde:
Se = Concentración de DBO a la profundidad D, mg/L
So = Concentración de DBO en la alimentación, mg/L
K = Constante cinética de remoción, 0.715 para filtros de baja carga,
0.15 para filtros de alta carga, kg/ m2*seg
Av = Área específica, m2/m3.
L = Carga orgánica, Kg/m3*d
=
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

32. Ejercicio:
Se dispone de filtros percoladores de alta carga, de dos etapas, con un
caudal de entrada de 10000 L/d y con una concentración de DBO de
950 mg/L; empleando una relación de recirculación de 1 y un factor
de peso de 0,8, se debe calcular el volumen útil de roca de filtro para
remover 70 % y 50 % en cada filtro respectivamente.
Solución:
Q = 10000 L/d
DBO = 950 mg/L
R = 1
f = 0,8
E1 = 70 %
E2 = 50 %
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

33. Factor de recirculación
F = 1 + R = 1 + 1 = 1,39
(1 + (1 – f)*R)2 (1 + (1 – 0,8)*1)2
DBO en Kg/d
950 mg/L * 10000 L/d = 9,5 Kg/d
Eficiencia en la primera etapa
E1 = 100 = 70 = 100
1 + 0,443*(w/V*F)1/2 1 + 0,443*(9,5/(V*1,39))1/2
V1 = 7,29 m3 de roca útil
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

34. Eficiencia en la segunda etapa
DBO que ingresa al segundo filtro, w’
w’ = 9,50 K g/d * 0,3 = 2,85 Kg/d
E2 = 100 = 50 = 100
1 + 0,443 w’ ½ 1 + 0,443 * 2,85 ½
(1 – E1) V*F (1 – 0,7) V*1,39
V2 = 4,46 m3 de roca útil
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

35. Asignación
1. a) Filtros de Arena para aguas residuales. Concepto.
b) Zanjas de Oxidación. Concepto.
2. Características de cada tratamiento (a y b). Incluye características del
afluente y efluente, y las condiciones de operación de cada
tratamiento,
3. Ventajas de cada tratamiento.
4. Limitaciones o desventajas de cada tratamiento.
5. Pregunta Individual: Según lo investigado acerca de estos dos
tratamientos, ¿ Cuál sería el mas viable de ser llevado a cabo en el
estado? Justifique técnicamente su respuesta.
Fecha de entrega: 01/06