1. TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
CATEDRA INTERNACIONAL 2008
ING. CARLOS JULIO COLLAZOS
2. CONTENIDO
1. GENERALIDADES
1.1. Definiciones
1.2. Conceptos básicos
2. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DOMESTICAS E INDUSTRIALES
2.1. Introducción
2.2. Clasificación sistemas de tratamiento
2.3. Tratamientos preliminares
2.4. Tratamientos primarios
2.5. Tratamientos secundarios
2.6. Tratamiento de lodos
3. CONTENIDO
3. Tratamiento anaerobio
3.1. Ventajas y desventajas de los procesos
anaerobios
3.2. Aplicaciones y tendencias
3.3. Tipos de reactores
3.4. Postratamientos
4. Estudio de casos
4.1. Tratamiento de aguas residuales con tecnología
UASB
4.2. Evaluación del módulo
5. DEFINICIONES
AFLUENTE
Líquido que ingresa a un reservorio o a un proceso
de tratamiento
EFLUENTE
Líquido que sale de un reservorio o de un proceso de
tratamiento
EFLUENTE FINAL
Efluente de una Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales - PTAR
6. DEFINICIONES
AGUA RESIDUAL DOMESTICA
Residuos líquidos provenientes de viviendas o de
edificaciones comerciales o institucionales
AGUA RESIDUAL INDUSTRIAL
Vertimientos líquidos provenientes de actividades de
manufactura o de procesamiento de recursos naturales
(variable)
AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES
Residuos líquidos transportados por el alcantarillado de una
localidad. Incluye aguas residuales domésticas e
industriales. Predominan las aguas residuales de tipo
doméstico y se conocen también como aguas negras
7. DEFINICIONES
AGUA CRUDA SUSTRATO
Compuesto o sustancia a
Afluente sin tratar
degradar
REACTOR
Reservorio donde se lleva a cabo una transformación
fisicoquímica o biológica de un sustrato
SÓLIDOS TOTALES
Toda sustancia o material contenida en una muestra
de agua excluyendo el agua misma
8. DEFINICIONES
CARGA ORGANICA
Producto de la concentración de DQO ó DBO por
el caudal
CARGA VOLUMETRICA
Caudal o masa de un parámetro por unidad de
volumen y por unidad de tiempo
CARGA SUPERFICIAL
Caudal o masa de un parámetro por unidad de área
y por unidad de tiempo
9. DEFINICIONES
TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICO
Tiempo medio teórico que permanecen las
partículas de líquido en un proceso de tratamiento
EDAD DE LODOS
Tiempo medio de residencia celular en un reactor o
proceso de tratamiento
EFICIENCIA DE TRATAMIENTO
Relación entre la masa (carga) o concentración
removida y la masa (carga) o concentración afluente
para un proceso o sistema de tratamiento
11. DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO
(DBO)
Es la cantidad de oxígeno necesaria para que una
población microbiana heterogénea estabilice la materia
orgánica biodegradable presente en una muestra de
agua residual
La DBO representa una medida indirecta de la
concentración de materia orgánica e inorgánica
degradable o transformable biológicamente
En condiciones normales de laboratorio la DBO se
cuantifica a 20ºC durante un período de 5 días, con
valores expresados en mg/l O2 (DBO5)
12. DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO
(DBO)
Principales aplicaciones
Medición de la calidad de las aguas
residuales y superficiales
Establecimiento de límites de descarga
Diseño de unidades de tratamiento biológico
Evaluación de PTARs
13. DBO - FORMULACION MATEMATICA
Aunque en la práctica se ha demostrado que la DBO
no es una reacción de primer orden esta presunción
se considera válida
En una reacción de primer orden la variación de la
concentración con el tiempo es directamente
proporcional a la concentración remanente en
cualquier momento
14. DBO - FORMULACION MATEMATICA
De acuerdo con Streeter y Phelps:
d [DBO ]α [DBO ] d [DBO]
− ó − = K [DBO]
dt dt
donde:
[DBO]: concentración de materia orgánica
biodegradable
K: constante de velocidad de la reacción
15. DBO - FORMULACION MATEMATICA
También: dL t
− = KL
dt
Integrando,
− Kt − kt
donde:
Lt = Le = L10
Lt = DBO remanente o por ejercer, mg/L
L = DBO total o DBOuc, mg/L
K = velocidad de reacción base ℮, d-1 (K = 2,303k)
k = velocidad de reacción base 10, d-1
t = tiempo de reacción, d
16. DBO - FORMULACION MATEMATICA
De acuerdo con lo anterior, la DBO ejercida en cualquier
tiempo:
− Kt − kt
Yt = L − Lt = L − ( Le ) = L − ( L − 10 )
También,
− Kt − kt
Yt = L(1 − e ) = L(1 − 10 )
donde:
Yt = DBO ejercida después de un tiempo t, mg/L
17. REPRESENTACION GRAFICA DE LA
DBOc
Variación de la DBOc
120
100
DBO (mg/l)
Lt
80
60
L= DBOuc
40
Yt= DBOt
20
0
0 2 4 6 8
Tiempos (d)
18. DBO NITROGENADA
En la descomposición de la materia
orgánica se produce material no
carbonáceo como el amoníaco
El nitrógeno amoniacal es oxidado por
bacterias nitrificantes a nitrito y nitrato
(ciclo del nitrógeno)
Esta demanda de oxígeno se conoce
como DBON
19. REACCIONES DE NITRIFICACION
Bacterias
NH3 + 1,5O2 NO2- + H++H2O
Nitrosomonas
Bacterias
H++NO2- +0,5O2 Nitrobacter
NO3-+ H2O
En general:
NH3 + 2O2 NO3-+ H++H2O
En conclusión se requieren 4,57 mg/l de O2
para oxidar 1 mg/L de N
20. EFECTO DE LA DBO NITROGENADA
RELACION ENTRE DBOc y DBOn
160
140
120
DBO (mg/l)
100 DBOc
80 DBOn
60
y = L(1-10-kt)
40
20
0
0 5 10 15 20
TIEMPO (d)
21. DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO
(DQO)
La DQO es una medida de la cantidad de oxígeno
consumido en la oxidación química de la materia
orgánica presente en una muestra de agua
Para su determinación se emplea un agente
oxidante fuerte, en medio ácido y con elevada
temperatura, en presencia de un catalizador
(sulfato de plata)
22. PRINCIPIO DE LA DETERMINACION
−2 +
+H
CATALIZADOR
M. O. + Cr2 O 7 Cr +3 + CO2 + H 2 O
∆
Las aguas residuales domésticas poseen relaciones
promedio :
DQO
= 1 .2 − 2 .5
DBO5
Entre más baja es esa relación más biodegradable es el
residuo
23. CARBONO ORGANICO TOTAL
(COT)
La determinación involucra la oxidación de la materia
orgánica mediante un proceso de combustión, hasta
obtener CO2 y H2O
El CO2 liberado es proporcional a la concentración de
carbono en la muestra y de esa manera se obtiene el
valor de COT
La concentración de COT es también una medida del
grado de contaminación de una muestra de agua y por
lo tanto puede correlacionarse con la DQO y la DBO
24. DEMANDA TEORICA DE OXIGENO
(DTO)
Cantidad teórica de oxígeno requerido para
oxidar la fracción orgánica de un desecho hasta
dióxido de carbono y agua
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
180 192
Ejemplo: La DTO de una solución de glucosa de 300 mg/L será:
DTO = 192/180 x 300 DTO = 321 mg/L
27. COMPOSICION APROXIMADA DE
UN AGUA RESIDUAL DOMESTICA
AGUA RESIDUAL
99.9% 0.1%
Agua Sólidos
70%
30%
Orgánicos Inorgánicos
Proteínas Carbohidratos Grasas Arenas Metales
65% 25% 10%
Sales
Fuente: Díaz, C.
28. CLASIFICACION PROMEDIO DE SOLIDOS EN
AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS
50% Orgánico 75%
Sedimentables
Mineral 25%
Suspendidos
30%
Orgánico 75%
No sedimentables
50%
Mineral 25%
TOTALES
10% Orgánico 80%
Coloidal
70%
Mineral 20%
Disueltos
Orgánico 40%
Soluble
90% Mineral 60%
29. Concentración típica del agua
residual doméstica
PARAMETRO UNIDAD
RANGO
Mínimo Máximo Promedio
DBO5 mg/l 110 400 210
DQO mg/l 250 1000 500
SST mg/l 100 350 210
NTK mg/l 20 85 35
Fósforo Total mg/l 4 15 7
Grasas y Aceites mg/l 50 150 90
ColiformesTotales NMP/100 ml 106 109 107
Coliformes Fecales NMP/100 ml 103 107 106
Fuente: Tratamiento de aguas residuales (Romero,J.)
30. Composición de las aguas
residuales industriales
Dependiendo de la naturaleza de la industria, las aguas residuales
pueden contener una amplia variedad de contaminantes, entre
otros:
CONTAMINANTE EFECTOS
Orgánicos solubles Agotan el oxígeno disuelto
Sólidos suspendidos Agotan el oxígeno disuelto y emanan gases
Orgánicos trazas Imparten olor, sabor y toxicidad
Metales pesados Son tóxicos
Turbiedad y color Afecta la estética de los cuerpos receptores
Nutrientes (P y N) Producen eutroficación
Sustancias refractarias Resistentes a la biodegradación y tóxicos
Aceites y flotantes Insignificante en la mayoría de los casos
Sustancias volátiles Contaminan el aire (H2S y otros COV)
