Ingeniería Sanitaria

1. Ingeniería Sanitaria Unidad 1: Introducción

2. Esquema de una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas

3. Objetivo del Tratamiento de Aguas Servidas • Proteger la salud humana y el ecosistemas mediante la remoción o mitigación de las sustancias contaminantes en las aguas servidas a tratar. • ¿Remoción? • ¿Mitigación?

4. Definición de la Contaminación de un Curso de Agua • Un curso de agua se considera como contaminado o polucionado, cuando la composición o el estado de sus aguas son directa o indirectamente modificadas por la actividad del hombre, en una medida tal, que disminuye la facilidad de utilización para todos aquellos fines, o algunos de ellos, a los que podrían servir en estado natural. • Depuración de Aguas Residuales. Aurelio Hernández Muñoz

5. Efectos de la Contaminación de un Curso de Aguas • Destrucción de los limitados recursos hidráulicos. • Disminución de la calidad de agua para abastecimiento de población, o uso para riegos o industria. Todos estos usos tienen sus limitaciones cualitativas. • Supresión del poder autodepurador de los cauces recetores con destrucción de su fauna y flora, imposibilitando, o dificultando al menos, su utilización. • Afecta a los asentamientos urbanos e industriales, a los amantes de la pesca y de los deportes, así como a los simples visitantes que buscan el esparcimiento en la naturaleza. • Es un peligro potencial que atañe directamente a la salud pública, influyendo sobre la economía de la sociedad o sobre su recreo y esparcimiento. • Exige un control riguroso y tratamiento adecuado la utilización de agua con un cierto grado de contaminación. • Depuración de Aguas Residuales. Aurelio Hernández Muñoz

6. Terminología de Tratamiento de Aguas Servidas • Bio-sólidos: Los restos de las bacterias que degradan solubles, después de la digestión. • Caracterización de las aguas servidas: Todos los parámetros usados para caracterizar biológicamente, físicamente y químicamente la composición de las aguas servidas (se vera más profundamente en el capítulo 2). • Nota: Constituyentes, en vez de contaminantes, impurezas o sustancias toxicas.

7. Terminología de Tratamiento de Aguas Servidas • Desinfección: Reducción de microorganismos que causan enfermedades (patógenos) • Efluente: Liquido descargado desde la planta de tratamiento de aguas servidas (PTAS) • Fuente no puntual: Fuentes de origen múltiples (en contraste con una cañería o un outfall) • Nutriente: Elemento esencial para el crecimiento (N, P, C) • Recuperación (Reclamation): Tratamiento para su subsiguiente re-uso. • Lodo: Solidó removido del tratamiento de aguas servidas antes a su estabilización • Estabilización: Digestión anaeróbica y deshidratación de los sólidos.

8. Regulación de Aguas Servidas (Historia) • 1900-1970: Objetivos • Remoción de Sólidos (SST: Sólidos Suspendidos Totales) • Oxidación de orgánicos biodegradable (DBO) • Eliminación de patógenos • 1972: Clean water act CWA (P.L. 92-500) • Objetivos: Aguas en que se puede nadar y pescar en los EEUU. • 1970-1980: Objetivos: • Remoción en dirección de la estética y medioambiente • Remoción de N y P • 1980 a la actualidad: Objetivos • Remoción de componentes que causan impactos a largo plazo en la salud y medioambiente. (WQA 1987) • Control de olores (CAA 1990 revisión) • Bio-Sólidos 40 CFR 1993

9. Regulación de Aguas Servidas (Chile) DS 609 DS 609 DS 90 Infiltración DS 46

10. Tarea • Leer: • DS 609, DS 90 y DS 46 • Archivos en pagina del curso • Lectura del Metcalf and Eddy: Capítulo 1

11. Características Fundamentales de un Agua Residual Urbana • Respecto a las aguas residuales nos hacemos las siguientes preguntas: • ¿Cuáles son sus orígenes? • ¿Cuáles son sus características?

12. Características Fundamentales de un Agua Residual Urbana • Depuración de Aguas Residuales. Aurelio Hernández Muñoz

13. Características Fundamentales de un Agua Residual Urbana • La contaminación de los causes superficiales es debido a: • Descarga directa de residuos industriales líquidos (riles) • Descargas de aguas servidas domésticas sin previo tratamiento • Descargas derivadas de actividades agrícolas o forestales • (Agua superficiales y/o subterráneas )

14. Caracterización España (Valores en mg/l)

15. Características de las Agua Residual Urbana (EE.UU.)

16. Contaminación del Agua • Contaminación de origen: • Física • Química • Biológicas

17. Contaminación del Agua (Física) • Sólidos Suspendidos: • Flotables • Sedimentables: al termino de movimiento • Coloidales: precipitan después de coagulación o floculación • Radiación: • Actividades humanas pueden contaminar el agua con isótopos radiactivos • Temperatura: • Muerte de vida acuática (peces y algas) • Color: • Dificultad de establecer el tipo de contaminación u origen. • Olor y Sabor • Fenoles, hidrocarburos, cloro, materias orgánicas en descomposición, esencias liberadas por algas u hongos, sales minerales • Turbiedad

18. Contaminación del Agua (Química) • Orgánicos • Contaminantes orgánicos demandantes de oxígeno: Aguas residuales domésticas, estiércol, residuos alimenticios y algunos residuos industriales. • Compuestos orgánicos refractarios: Plaguicidas, plásticos, detergentes, residuos industriales y aceites. • Proteínas, carbohidratos, lípidos, agentes tensoactivos, fenoles, pesticidas

19. Contaminación del Agua (Química) • Inorgánicos • Cloruros, Alcalinidad, Nitrógeno, Fósforo, Azufre, Metales Pesados y Minerales tóxicos • Nitrógeno y fósforo : en exceso causa de eutrofización • Cationes, Aniones, Neutros • Sólidos Disueltos (Cationes) • Sodio: indica salinidad • Calcio y magnesio: están relacionados con la dureza del agua • Amonio: contaminación con fertilizantes y heces • Metales pesados: de efectos muy nocivos; se bio-acumula en la cadena trófica; (se estudian con detalle en el capítulo correspondiente)

20. Contaminación del Agua (Química) • Sólidos Disueltos (Aniones) • Cloruros: indican salinidad • Nitratos: indican contaminación agrícola • Nitritos: indican actividad bacteriológica • Fosfatos: indican detergentes y fertilizantes • Sulfuros: indican acción bacteriológica anaerobia (aguas negras, etc.) • Cianuros: indican contaminación de origen industrial • Fluoruros: en algunos casos se añaden al agua para la prevención de las caries, aunque es una práctica muy discutida.

21. Contaminación del Agua (Química) • Gases • Oxigeno: • (DBO5 demanda biológica de oxígeno) • Anhídrido carbono • Acidificación (Ca+2 y Mg+2) • Metano • Sulfuro de hidrógeno: • Gas con olor a huevos podridos. Degradación anaeróbica de materia orgánica.

22. Contaminación del Agua (Química) • pH: • El cambio de pH del agua puede ser un indicador de contaminación del agua • ácido sulfúrico procedente de algunos minerales, ácidos húmicos disueltos del provenientes del suelo

23. Fuente: http://robotics.nasa.gov/courses/fall05/P1010176.JPG&imgrefurl=http://robotics.nasa.gov/courses/fall05/&h=480&w=640&sz=65&hl=en&start=5&tbnid=AKQF6-Rs-hIYMM:&tbnh=103&tbnw=137&prev=/images%3Fq%3Drio%2Btinto%26svnum%3D10%26hl%3Den%26rls%3DGWYE,GWYE:2006-50,GWYE:en%26sa%3DN Contaminación del Agua (Química)

24. Contaminación del Agua (Biológica) • Bacterias: • Cólera: Diarreas y vómitos intensos, deshidratación (mortal si no se trata adecuadamente) • Tifus: Fiebres, diarreas y vómitos (inflamación del bazo y del intestino) • Disentería: diarrea (produce la muerte de muchos niños en países poco desarrollados). • Virus: • Hepatitis: Inflamación del hígado e ictericia (puede causar daños al hígado) • Poliomielitis: Dolores musculares intensos. Debilidad. Temblores. Parálisis. Puede ser mortal • Protozoos: • Disentería amebiana Diarrea severa, escalofríos y fiebre. Puede ser grave si no se trata • Gusanos: • Esquistosomiasis Anemia y fatiga continuas • Hongos:

25. Tarea • Leer apuntes de DBO, DQO y Sólidos • Archivos en pagina del curso • Lectura del Metcalf and Eddy: Capítulo 3.1

26. Parámetros de Calidad del Agua • Materia Orgánica • Demanda bioquímica de oxigeno (DBO5) • Demanda química de oxigeno (DQO) • Carbón orgánico toral (COT) • Compuestos tóxicos • Contaminantes • Aceites y Grasas (Fat, oil and Grease FOG) • Materia Inorgánica • pH, Cloruros, alcalinidad, nitrógeno (Nitrógeno Total Kjedahl (TKN), amoniacal, nitrito y nitrato), fósforo y sulfatos. • Bio-ensayos

27. Bio-ensayo (Bioassay) Brachionus calyciflorus Mysidopsis bahia, female, approx. 6 mm in length Ceriodaphnia dubia

28. La Depuración y sus Rendimientos • Procesos: • La depuración consiste en la eliminación de los contaminantes e impurezas que se encuentran en las aguas a tratar (nuestro caso aguas servidas o industriales). Los procesos de depuración van a depender del tipo de afluente a tratar y se pueden clasificar: • Procesos físicos • Procesos químicos • Procesos biológicos

29. Procesos Físicos • Desbaste: rejillas, tamices o filtración mecánica • Desengrasado: remover grasas, aceites y material flotante del agua. • Sedimentación: remover sólidos sedimentables que se encuentren en suspensión (ρs > ρw). • Flotación: remover materia en suspensión de menor densidad que el agua (ρs < ρw). • Evaporación: concentrar material • Absorción: remover micro-contaminantes, como color, fenoles, etc.

30. Procesos Químicos • Floculación y coagulación: remover partículas en suspensión no sedimentables. • Neutralización: ajuste de pH. • Oxidación • Reducción: (ejemplo utilización de hierro para eliminar cromo) • Intercambio iónico: eliminación de cobre, zinc, plomo, etc.

31. Procesos Primario

32. Procesos Secundarios

33. Procesos Terciarios

34. Tratamiento de Lodos

35. Rendimientos

36. Selección del Tipo de Proceso • Necesita un conocimiento teórico y experiencia practica • Elementos principales del análisis: • Desarrollar un diagrama de flujo del proceso • Establecer los criterios de diseño y tamaños de las unidades de tratamientos • Preparación de un balance de masa y sólidos • Evaluación de los requerimientos hidráulicos (eje hidráulico) • Consideraciones de sitio a construir • Expansión o mejoramiento de plantas existentes • Compatibilidad con la instalación existente • Requerimientos de la nueva operación; procedimientos y entrenamiento para la operación y manejo de las nuevas unidades.

37. Consideraciones de Diseño • Costo inicial y costo anual de manejo y operación • Orden de magnitud estimada para del análisis conceptual • Estimación del presupuesto (durante la fase de diseño preliminar) • Presupuesto definitivo derivado del proyecto definitivo (planos y especificaciones) • Medio Ambiente: Declaración de impacto ambiental • Equipamiento (disponibilidad) • Requerimientos de personal • Energía y recursos necesarios

38. Planificación de Proyecto • Diseño de la planta: definir problemas, identificar vida útil (usualmente > 20 años), definir/desarrollar/analizar alternativas de tratamiento/sistemas de disposición, seleccionar plan y planificación de la implementación (financiamiento y cronograma) • Diseño: conceptual, preliminar, y diseño final con un estudio piloto • Value engineering: revisión intensiva del proyecto por expertos (1/3 a 2/3 del tiempo presupuestado). • Construcción: comprensión de la forma en que se va integrar la nueva instalación al sitio, claridad en la calidad especificaciones técnicas/materiales, cronograma de trabajo y prevención de riesgos • Puesta en marcha y operación: Manual de operación y mantenimiento

39. Futuro del Tratamiento de Aguas Servidas • Son tres áreas claves: • Infraestructura antigua: ampliar y mejorara • Re-uso de las aguas tratadas: escasez de aguas a nivel nacional. • Bio-sólidos: escasez de vertederos y posibles usos