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Tecnologías de Tratamiento de Aguas Residuales - Ingeniero Guillermo León Suematsu
Tecnologías de Tratamiento de Aguas Residuales - Ingeniero Guillermo León Suematsu
Tecnologías de Tratamiento de Aguas Residuales - Ingeniero Guillermo León Suematsu
Almacenam.
Producción Distribución Conex. Dom
Bombeo
Alcantarillado
Conex.
Bombeo Recolección
Dom
Tratamiento
CANTIDAD
Q
CALIDAD
Aguas residuales industriales
Agua de
lluvia
Agua residual combinada
Características del agua residual
Variaciones en la producción de
aguas residuales
Caudal máximo = Kmáx . Qm
Calidad de las aguas residuales
Cuál es su composición?
El 99,95% es agua
Gris Rojo
(Doméstica) (Sangre)
Verde Negro
(Tinte químico) (Putrefacta)
Temperatura
Sólidos
Sólidos en suspensión flotantes
Sólidos sedimentables
Sólidos coloidales
Sólidos disueltos
Inorgánica 50%
SOLIDOS TOTALES
Orgánica 50%
Composición aproximada
Composición aproximada
Bacterias Menor
Virus Mínima
C Q x DBO5 x 0,0864
C, en Kg DBO/día
DBO5 , en mg/L
Q, en L/s
Q
Carga DBO5
Contribución percápita
Población servida Población servida
Carga orgánica “C”, para el diseño
Poblaciónx Contribución percápita
C
1000
C Kg DBO/día
BM: 40 – 50
Metcalf: 54
Norma S090: 50
Población Equivalente (P.E.)
Planta de
tratamiento
Cromo
Cadmio municipal y
Zinc reuso
Sustancias tóxicas
Residuos peligrosos
Corrosivo
Reactivo
Explosivo
Tóxico
Inflamable
Infeccioso
POR QUÉ?
USOS RELACIONADOS
AGUAS A LA SALUD DE LAS
RESIDUALES PERSONAS
DOMESTICAS
Río
Uso Mar
directo
Productos
hidrobiológicos
IMPACTO EN USOS
Problemas ocasionados por
la falta de tratamiento
Planta de tratamiento de
aguas residuales de Canta
Capacidad
asimilativa del
cuerpo receptor
ECAs
LMPs
Balance de masas
Qe
Ce
Co = Qr.Cr + Qe.Ce
Qr + Qe
Qr
Co
Cr
(Qr + Qe)
Capacidad de asimilación
Co
Qi.Ci
Qi
Reducir la contaminación
Co
Qi.Ci Tratamiento
Qi Regulación
Caudal Ecológico
Verificación de cumplimiento
PTAR
Qe
Ce
Qr
Co
Cr
(Qr + Qe)
Ce vs LMP Co vs ECA
Verificación de cumplimiento
PTAR
Qe
Ce = LMP
Qr
Co
Cr
(Qr + Qe)
La eficiencia requerida
en la PTAR estará dada
por los LMPs
Co <= ECA
Determinar las eficiencias
requeridas
Qr
Co
Cr
(Qr + Qe)
Se requiere de tratamiento
adicional para cumplir con
los ECAs
Co > ECA
Determinar el valor máximo en el
efluente
ECA DBO (QRío Q AR ) - DBO RíoQRío
DBO (efluente)
Q AR
10
Cs
O.D. (mg/L)
8
6
Dc
4
2
0
ODmín
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Distancia (Km)
OD mín CS D c
Oxígeno Disuelto de Saturación (Cs)
CS CS T . f
P p T = Temperatura, en °C
f P = Presión atmosférica, en mm Hg
760 p
P = presión de vapor a la
temperatura T, en mm Hg
P 760 e -E 8005 E = Elevación del tramo en estudio
en metros sobre el nivel del mar
= coeficiente de asimilación
φ
1φ
Dc L o Φ
Valores del coeficiente de
asimilación “”
Tipo de río Profundidad (m)
PARQUES,
RECREO PISCICULTURA AGRICULTURA INDUSTRIA
JARDINES
SEDAPAL
ZONA NORTE
PTAR PUNTO “A”
La Chira
PTAR SAN JUAN
Zona Sur
PTAR HUASCAR
Plantas de Tratamiento
de Aguas Residuales
Dilución total
St = Si x Sh x Sb
Sb = 10(T/T90)
WHO (2003): Guidelines for Safe Recreational Water Environments. Volume 12, Coastal and Fresh Waters, World Health Organization, Geneva,
Switzerland, p. 80 (http://www.who.int/water_sanitation_health/bathing/srwe1/en/).
The sewage discharges, or outfalls, are classified into three principal types: (i) discharge directly onto the beach; (ii) “short” outfalls, where sewage-polluted water is likely
to contaminate recreational waters; and (iii) “effective” outfalls, designed so that the sewage is efficiently diluted and dispersed and to ensure that it does not pollute
recreational water areas. While the terms “short” and “long” are often used, outfall length is generally less important than proper location and effective diffusion. An
effective outfall is assumed to be properly designed, with sufficient length and diffuser discharge depth to ensure that the sewage does not reach the recreational area.
Estudios de campo requeridos para un
proyecto de emisario submarino
Geofísica y geotecnia
Batimetría
Monitoreo de sedimentos del fondo marino
Transporte de sedimentos, etc
Oceanografía
Medición de corrientes
Estudio de la dispersión con trazadores
Registro de olas y mareas
Meteorología
Conductividad, temperatura, salinidad, profundidad
Estudios de campo requeridos para un
proyecto de emisario submarino
Caracterización de aguas
T90
Depósitos bentales
Monitoreo de peces y mariscos
Caracterización de las aguas residuales
Caracterización físico química de las aguas marinas
ESTRATIFICACIÓN
MAR ESTRATIFICADO
CONDICIÓN
ESTRATIFICADA
CAMPO SUMERGIDO
Ymax
H
ESTRATIFICACIÓN
MAR NO ESTRATIFICADO
CAMPO ASCENDENTE
DENSIDAD UNIFORME
Ymax = H
A Typical Project: Installation of a
Submarine Outfall for the Disposal of the
Wastewater of a Large European City
Guaruja Sewage Outfall, Brasil , 5,000 Metrs
Length, 800 mm Diameter
Arica, Chile
Emisario Submarino ø 1200 mm, Viña
del Mar – V Región, Chile, 1996
Sibenik, Adriatic Coast, Croatia
5,000 metros Longitud, 1,200 mm Diametro
Preliminary Treatment by
Rotating Screens (HRS)
•0.2 – 1.5 mm mesh sieve
•Completely made out of stainless
steel
•Integrated press zone
Coeficiente de
flotabilidad = (W tubería
+ W Lastres)
Etapas de la construcción
Etapas de la construcción
Las eficiencias de remoción de sólidos y grasas del tratamiento preliminar avanzado varían con el
tamaño de las aberturas de las mallas o militamices. Para fines de evaluación de procesos de
tratamiento de aguas residuales, el tratamiento preliminar avanzado es equivalente al tratamiento
primario respecto a la remoción de microorganismos
4.3.11 En ningún caso se permitirá la descarga de aguas residuales sin tratamiento a un cuerpo
receptor, aún cuando los estudios del cuerpo receptor indiquen que no es necesario el tratamiento. El
tratamiento mínimo que deberán recibir las aguas residuales antes de su
descarga, deberá ser el tratamiento primario. En caso dicha descarga se efectúe mediante emisario
submarino, el tratamiento mínimo deberá ser tratamiento preliminar avanzado. El tratamiento previo
al vertimiento de aguas residuales a través de emisarios submarinos deberá ser como mínimo el
tratamiento preliminar avanzado
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Pre-
Acondicionamiento
Tratamiento
Uso
Tratamiento Remoción de nutrientes y
avanzado orgánicos inorgánicos disuelto
Uso Desinfección
Remoción de organismos
patógenos
Lodos
Relleno
Mar
sanitario
Secuencia del Tratamiento de
Aguas Residuales
(objetivo de calidad)
Pretratamiento
Cribado: Rejas, militamices
Desarenadores
Separadores de grasa – Trampas de
grasa
Tanques de compensación
REJILLAS DE LIMPIEZA MANUAL
Pretratamiento
Rejas de
Limpieza
Mecánica
Planta de Cribas Rotatorias, Bahia Blanca, Argentina
Desarenación con aeración
Tratamiento Primario
Neutralización Sedimentación
Coagulación Flotación
OXIDACIÓN
Bacterias
CHONS + O2 CO2 + NH3 + OTROS + ENERGÍA
SINTESIS
Bacterias
CHONS + O2 + ENERGÍA C5H7NO2
RESPIRACIÓN ENDÓGENA
Efluente
Agua residual
cruda Recirculación de lodos
Bombeo de lodos
Digestores
de lodos
Difusor de Difusor de
membrana tubo
BACTERIAS
MATERIA NUEVAS
ORGÁNICA CELULAS
LAGUNA FACULTATIVA
EVAPORACIÓN O2 CO2
AGUA O2 EFLUENTE
INFILTRACIÓN
Lagunas de Estabilización
Lagunas de Ventanilla
PTAR Totora - Ayacucho
AFLUENTE
C.R. DES
HACIA RELLENO
SANITARIO
LF1
LS1
LF2
LODO DESHIDRATADO
DESDE LS1 Y LS2 FP1 FP2
LS2 ZONA DE
EXPANSION LODO DESHIDRATADO
FUTURA DESDE LAGUNAS AT i
HACIA RELLENO
SANITARIO O COMERCIALIZ. FP3 FP4 HACIA RELLENO
SANITARIO O COMERCIALIZACION
COMO FERTILIZANTE
COMO FERTILIZANTE ORGANICO
ORGANICO
AT 1
AT 2 LM1
ZONA DE
EXPANSION AT 3
FUTURA AT 4 LM2
LC LM3
EFLUENTE
PTAR Totora - Ayacucho
Sistemas combinados de crecimiento
adherido y en suspensión
N,P,K,Na
REACTOR BIOLÓGICO
Temperatura
pH
Coordinación:
microorganismos-materia orgánica
Nutrientes
Inhibidores
141
Cantidad mínima de nutrientes
DBO5 100
NTOTAL 5
DBO5 100
PTOTAL 1
OLIGO-ELEMENTOS
142
Oligo-elementos en lodos
activados
OLIGO-ELEMENTOS REQUERIDOS EN EL
CONCENTRACIÓN mg/mg DBO
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS
Mn 10 x 10-5
Cu 14,6 x 10-5
Zn 16 x 10-5
Ca 62 x 10-4
Mg 30 x 10-4
Fe 12 x 10-3
143
Concentraciones de inhibición
CONTAMINANTE CONCENTRACIÓN LÍMITE EN mg/L
Mn 10
Cu 1
Zn 0,08 a 1
Ca 2500
Mg 1 a 10
Fe 1000
144
Biodegrabilidad de las aguas
residuales
Desecho biodegradable – usar cualquier proceso biológico
DBO
0,4
DQO
Desecho biodegradable – usar biofiltros o lagunas de
estabilización
DBO
0,4 0,2
DQO
Desecho no biodegradable o poco biodegradable – no usar
métodos biológicos
DBO
0,2
DQO
145
Desinfección con cloro
Es el método más usado para
el tratamiento de aguas
residuales domésticas
Destruye los organismos
patógenos al ser inactivados
mediante la oxidación del
material celular
Tiene un largo historial como
desinfectante efectivo
Tiene ciertos limitantes en
términos de salubridad y
seguridad
146
SUBPRODUCTOS DE LA
DESINFECCIÓN
TRIHALOMETANOS
•Cloroformo
•Bromodiclorometano
•Dibromoclorometano
•Bromoformo
147
Destruyendo un paradigma: “la desinfección de aguas
residuales no genera trihalomentanos”
Estudios en plantas de España(1); dosis menores de
10 mg/L, efluentes secundarios y terciarios, con y
sin exposición a UV.
THMs inferiores a 20 μg/L
Menor a la norma UE: 150 µg/L
Menor al la norma UE (2009): 100 µg/L
Razones: concentraciones significativas de
amonio, formación de cloraminas. Efecto
desinfectante de las cloraminas y menor
reactividad con la materia orgánica
148
Desinfección con UV
El sistema de desinfección
con luz ultravioleta (UV)
transfiere energía
electromagnética desde un
lámpara de vapor de
mercurio al material
genético del organismo
(ADN o ARN). Cuando la
radiación UV penetra las
paredes de la célula de un
organismo, ésta destruye la
habilidad de reproducción
de la célula.
149
Radiación Ultravioleta
Desinfección con Ozono
151
Desinfección con ozono
El ozono es un oxidante muy fuerte. Los mecanismos de
desinfección son:
Oxidación o destrucción directa de la pared celular
Reacciones con los subproductos radicales de la descomposición del
ozono
Daño a los componentes de los ácidos nucleicos (purinas y
pirimidinas)
Ruptura de las uniones de carbono – nitrógeno que conduce a la
despolimerización
Cuando el ozono se descompone en el agua, los radicales
libres del peróxido de hidrógeno (HO2) y el hidróxido (OH)
que se forman tienen una gran capacidad de oxidación
152
PTAR Kerrville – San Antonio Texas
PTAR Kerrville – San Antonio Texas
Resonancia Magnética
Resonancia Magnética
Infiltración de efluentes
Tratamiento Terciario o Avanzado
Remoción de nutrientes Remoción de orgánicos e
N: inorgánicos disueltos
Nitrificación – denitrificación Orgánicos disueltos:
Intercambio iónico Adsorción en carbón
Cloración al punto de quiebre activado
Sistemas naturales Ozonización
P: Metales pesados
Adición de sales metálicas Precipitación química
Coagulación con cal y Intercambio iónico
sedimentación Inorgánicos disueltos
Sistemas naturales Intercambio iónico
Ósmosis inversa
Electrodiálisis
Remoción de Nitrógeno
PTAR Duisburg Kaßlerfeld - Alemania
HUBER Membrane Technology
Conventional biological waste water treatment
vs. MBR
activation
X XX
sedimentation filtration Chlorination or UV
Membran Bioreaktor
activation Ultra-
filtration 16
HUBER Membrane Technology Products
Ultrafiltración - Nordkanal
Ultrafiltración – Osmosis Inversa
EXOENZIMAS
AFLUENTE
T = 20ºC REACTOR EFLUENTE
AEROBIO
T = 20ºC DQO = 10 Kg
DQO = 100 Kg
DQO = 60 kg
LODOS EN EXCESO
CALOR (195 KWH) E.ELÉCTRICA (78 KWH)
31 M3 METANO
AFLUENTE
T = 20ºC REACTOR EFLUENTE
ANAEROBIO
T = 35ºC
DQO = 100 Kg DQO = 10 Kg
DQO = 10 kg
LODOS ESTABILIZADOS
Procesos anaerobios avanzados
Gran acumulación de biomasa por
sedimentación, agregación de sólidos o
recirculación: SRT >> HRT
Mayor contacto entre biomasa y desecho
Mayor actividad de la biomasa
REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO
ASCENDENTE RAFA
REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO
ASCENDENTE (RAFA)
Zona Superior
de un RAFA
Vista de un RAFA,
tuberías de eliminación
de lodos
TANQUE IMHOFF
Eficiencias de remoción en lagunas
anaerobias
DE LOS MÉTODOS DE
Precipitación química
Reducción en la concentración de
[Ca (OH)2] 0.80-0.95
TRATAMIENTO DE metales pesados
Reducción en la DBO5 0.50-0.70
AGUAS RESIDUALES Nitrificación Oxidación de amonio a nitrato 0.80-0.95
COMÚNMENTE Absorción con carbono
Remoción de la DCO
0.40-0.95
EMPLEADOS
(sustancias tóxicas)
activado
Reducción en la DBO5 0.40-0.70
Desnitrificación despúes Remoción de nitrógeno
0.70-0.90
de nitrificación
Remoción de la DBO5 (ej. Proteínas) 0.20-0.40
Intercambio iónico Remoción de fósforo y nitrógeno 0.80-0.95
Remoción en la concentración de
0.80-0.95
metales pesados
Oxicación química Oxidación de compuestos tóxicos (ej.
0.90-0.98
(ej. Con Cl2) CN-N2)
Metales pesados y otros compuestos
Extracción 0.50-0.95
tóxicos
Elimina contaminantes con alta
Osmosis reversa
eficiencia pero es muy cara
Métodos de Reducción de microorganismos Alta pero de díficil
desinfección indicación
(extraído de Jorgensen, 1980)
ELIMINACIÓN ESPERADA DE
MICROORGANISMOS
DQO SS CF
Tratamiento
Biológico más
Desinfección
Ciudades de Barranca y Supe – Hasta
Cuanto Tratar?
Comparación de Costos de
Construcción (US$/Percápita)
Lagunas de 10-30
Estabilización
Tratamiento 10-30
Anaerobio
COSTO DE COSTO DE
TRATAMIENTO COSTO TOTAL
CAPITAL O&M
Primario 0,10 0,05 0,15
Biológico 0,15 - 0,20 0,05 - 0,10 0,20 - 0,30
Químico 0,12 - 0,13 0,07 - 0,08 0,19 - 0,21
Remoción de nutrientes 0,17 - 0,28 0,10 - 0,16 0,27 - 0,44
Lagunas de estabilización 0,01 - 0,04 0,006 - 0,018 0,016 - 0,058
COSTOS PARA TRATAMIENTO DE LODOS
(US$ Kg de lodo seco)
COSTO DE COSTO DE
TRATAMIENTO COSTO TOTAL
CAPITAL O&M
Deshidratación 0,117 0,075 0,192
Estabilización anaerobia y
0,158 0,109 0,267
deshidratación
Deshidratación e
0,292 0,217 0,509
incineración
Costo de una planta para 100,000 habitantes, capitalizados a una tasa de
interés de 12% y vida útil de 20 años
Consumo Energía Eléctrica (Kw-h/m3)
EE (Kw -h/m 3) 2003-2007 Punto Problemático: Alto consumo
0.600
0.500 0.426 0.434
0.482 PTAR Puente Piedra, San Juan y
0.414
0.351
0.400 Huascar
0.300
0.200
Propuesta:
0.100 •Reconversión tecnológica para
0.000
2003 2004 2005 2006 2007
reducir el consumo energía (sistemas
anaerobios)
Otros
EE.EE Pte Caudal Otros
2% Pte 7%
Piedra
Piedra San
22%
16% Juan
26%
1000
900
Capital Cost Breakdown ($/m3/d)
800
700
600
500
400
300
200
100
0
CAS MBR CAS-TF
Costos de O&M (38,000m3/d)
Labour Materials Energy Chemicals
0.14
0.12
O&M Costs Breakdown ($/m3)
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
CAS MBR CAS-TF
PAVER y los DS (ECAs y
LMPs)
2019 – 2021
¿?
DS 001-2010-AG Formulación
PAMA Aprobado Cumplimiento
PTAR última etapa
RJ-274-2010-ANA Declaración Jurada PAMA PAMA
Cuarta DCT 30.04.2010 MVCS Verificación
24.03.2011
PAVER Consistencia
24.03.2014 Metas y plazo
LMP/ECA
Requisitos (fecha límite) PMO MVCS
24.03.2010 Formatos (fecha límite) (Plazo PAMA)
•Faculta provisionalmente el vertimiento •Verificación del contenido del PAMA •Cumplimiento del PAMA
•Obligación de pago por vertimiento •Autorización provisional de Vertimiento u otro IGA
•Suspende proceso sancionador en curso •Plazo 2 años renovables sujeto a cumplimiento •Autorización definitiva
del PAMA u otro IGA del Vertimiento
(Art. 8.4 del DS 023-2009-MINAM del 19.12.2009) (Art. 8.4 del DS 023-2009-MINAM del 19.12.2009)
Plazo máximo para presentación de PAMA 2 años a partir de RPA Plazo máximo de implementación (no precisado)
(Primera DCT del DS 023-2009-MINAM del 19.12.2009) (Primera DCT del DS 023-2009-MINAM del 19.12.2009)
Plazo máximo para presentación de PAMA 17.03.2012 Plazo máximo de implementación definido por MVCS
(Art. 3.3 del DS 003-2010-MINAM del 17.03.2010) (Art. 3.3 del DS 003-2010-MINAM del 17.03.2010)
Plazo máximo para actualización de PMA 17.03.2013 Plazo máximo de implementación definido por MVCS
(Art. 3.4 del DS 003-2010-MINAM del 17.03.2010) (Art. 3.4 del DS 003-2010-MINAM del 17.03.2010)
De buenas intenciones…
Plan Nacional de Saneamiento 2005 – 2010
Cobertura de tratamiento 2005: 22%
Meta 2015: 100%
Plan Estratégico de Desarrollo Nacional – Plan Perú
2021
Plan Nacional de Acción Ambiental – PLANAA 2010 –
2021
Cobertura de tratamiento 2010: 32% ¿?
Meta 2021: 100%
Qué fuentes de financiamiento existen?
PERÚ
Indicador 1998 2008* Var. (%)
Cobertura de Agua Potable 80,9% 86,0% 5%
Cobertura de Alcantarillado 71,4% 77,5% 6%
Cobertura de Tratamiento A.R. 17,9% 29,5% 12%
Tarifa Media (US$/m3) 0,41 0,57 38%
(*) Estimado
TC 1998: 2,9 soles/dólar
TC 2008: 3,0 soles/dólar
CHILE
Indicador 1998 2008 Var. (%)
Cobertura de Agua Potable 99,3% 99,8% 1%
Cobertura de Alcantarillado 91,6% 95,2% 4%
Cobertura de Tratamiento A.R. 22,5% 82,3% 60%
Tarifa Media (US$/m3) 0,61 1,27 108%
TC 1998: 460 pesos/dólar
TC 2008: 570 pesos/dólar
FUENTE: SUNASS y SISS (Chile)
Evolución de las Coberturas 1998 - 2008
SEDAPAL
Indicador 1998 2008 Var. (%)
Cobertura de Agua Potable 84,1% 88% 4%
Cobertura de Alcantarillado 79,9% 84% 4%
Cobertura de Tratamiento A.R. 5,1% 15% 10%
Tarifa Media (US$/m3) 0,42 0,64 52%
TC 1998: 2,9 soles/dólar
TC 2008: 3,0 soles/dólar
AGUAS ANDINAS
Indicador 1998 2008 Var. (%)
Cobertura de Agua Potable 100,0% 100,0% 0%
Cobertura de Alcantarillado 97,4% 98,5% 1%
Cobertura de Tratamiento A.R. 4,5% 72,7% 68%
Tarifa Media (US$/m3) 0,43 1,04 142%
TC 1998: 460 pesos/dólar
TC 2008: 570 pesos/dólar
FUENTE: SUNASS, SEDAPAL y SISS (Chile)
Subsidio a la Demanda
Caso Chile Número de subsidios por Región del país.
COBERTURA
REGIÓN N° CLIENTES N° SUBSIDIOS
(%)
Tarapacá 111,076 34,563 31.12
Antofagasta 113,696 40,000 35.18
Atacama 56,911 25,499 44.81
Coquimbo 155,944 35,747 22.92
Mayor cobertura en Valparaíso 453,218 83,279 18.38
regiones de tarifas O'Higgins 157,124 26,605 16.93
más altas. Maule 173,897 47,986 27.59
Bío - Bío 375,852 101,426 26.99
Araucanía 152,388 47,715 31.31
Los Lagos 170,617 47,669 27.94
Aysén 18,905 9,200 48.66
Magallanes 40,140 9,738 24.26
Metropolitana 1,215,465 111,531 9.18
TOTAL 3,195,233 620,958 19.43
FUENTE: Unidad de Subsidios, División Social y CASEN 2003.
MIDEPLAN, 2004.
Evolución de la tarifa media
Chile (2008) S/.3.5
CT= 82%
Inversión Privada
212
IMPORTANCIA DEL TRATAMIENTO
DE LAS AGUAS SERVIDAS
Calidad de
Vida
Manejo de las
Aguas
Residuales
Proteger la Conservar el
Salud Publica Ambiente