Analisis Comparativo de Criterios de Diseno

8/23/2019 Analisis Comparativo de Criterios de Diseno

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA Y ARQUITECTURAUNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO

ANLISIS COMPARATIVO DE

CRITERIOS DE DISEOS DELAGUNAS DE ESTABILIZACIN

PARA CIUDADES PEQUEAS Y

MEDIANAS

T E S I S

P A R A O B T E N E R E L T T U L O D E

I N G E N I E R O C I V I L

P R E S E N T A

DAVID ANTONIO MARTNEZ MORALES

MXICO D.F 2003


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Agradacimientos

Anlisis comparativo de criterios de diseo de lagunas de estabilizacin para ciudades pequeas y medianas

Agradecimientos

Como muestra de cario y agradecimiento a mis padres: Antonio Martnez Martnez () y EstelaMorales Hernandez (), que con su ejemplo y sabidura han sabido conducir mi vida por el camino delbien.

A mis hermanos Arturoy Georginapor toda la confianza, el apoyo, la paciencia, la comprensin y elamor que me brindan da a da.

A mis tosy primosque siempre estn dispuestos apoyarme y regalarme palabras de aliento, de quien heaprendido a amar la vida y disfrutarla an con todas sus adversidades.

Mi agradecimiento al Instituto Politcnico Nacionaly en especial a la Escuela Superior de Ingenieray Arquitecturaunidad Zacatenco, por haberme formado en mi educacin profesional y personal.

Con gratitud y admiracin a la Ing. Margarita Patricia Reyes Quintero Ing. Humberto RomeroAlvarez Ing. Jess Garca Ollervides y Ing. Arturo Cruz Ojeda. Por su valioso tiempo en la direccinde esta tesis. Mi reconocimiento a su gran calidad humana.

Agradezco a la Comisin Nacional del Aguay muy en especial a la Subgerencia de Ingeniera Sanitariay Ambiental, por su generosa ayuda en mi formacin profesional y su valiosa disposicin paraproporcionar la informacin requerida para la elaboracin de esta tesis.

A todas aquellas personas que he compartido mis das de estudiante: profesores compaeros y amigos,quienes hicieron de ste, un enriquecedor y hermoso viaje.

David Antonio Martnez Morales


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1. Introduccin.............................................................................................................. 1

1.1. Objetivo general........................................................................................................ 2

1.2. Objetivos particulares................................................................................................ 2

1.3. Justificacin............................................................................................................... 2

2. Marco Terico........................................................................................................... 32.1. Caractersticas de las aguas residuales...................................................................... 3

2.1.1. Parmetros Fsicos...................................................................................... 4

2.1.2. Parmetros Qumicos.................................................................................. 6

2.1.3. Parmetros Biolgicos................................................................................. 8

2.2. Tratamientos de aguas residuales municipales........................................................ 11

2.2.1. Pretratamiento................................................................................................ 132.2.2. Tratamiento Primario...................................................................................... 24

2.2.3. Tratamiento Secundario o Biolgico............................................................... 31

2.2.4. Desinfeccin................................................................................................... 36

2.2.5. Tratamiento Terciario..................................................................................... 39

2.2.6. Tratamiento de lodos activados...................................................................... 39

2.3. Lagunas de estabilizacin......................................................................................... 402.3.1. Situacin actual en Mxico............................................................................. 42

2.3.2. Clasificacin de las lagunas de estabilizacin.................................................. 45

2.4. Descripcin del proceso de tratamiento en lagunas de estabilizacin...................... 48

2.4.1. Lagunas anaerobias........................................................................................ 48

2.4.2. Lagunas aerobias............................................................................................ 49


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2.4.2.1. De baja tasa................................................................................. 50

2.4.2.2. Alta tasa....................................................................................... 50

2.4.2.3. Aereadas en forma artificial......................................................... 51

2.4.3. Lagunas de estabilizacin facultativas........................................................ 52

2.4.4. Lagunas de maduracin o pulimento......................................................... 53

2.4.5. Lagunas semicirculares.............................................................................. 54

2.5. Microbiologa de las lagunas de estabilizacin.......................................................... 55

2.5.1. Bacterias.................................................................................................... 57

2.5.2. Algas.......................................................................................................... 59

2.5.3. Protozoarios y Metazoarios......................................................................... 59

2.5.4. Interacciones Bioqumicas.......................................................................... 60

2.5.4.1. Fotosntesis.................................................................................. 60

2.5.4.2. Respiracin.................................................................................. 61

2.5.4.3. Oxgeno disuelto.......................................................................... 61

2.5.4.4. Nitrgeno..................................................................................... 62

2.5.4.5. pH y alcalinidad............................................................................ 63

2.6. Factores que influyen en el funcionamiento de las lagunas de estabilizacin.......... 64

2.6.1. Calidad del agua a tratar............................................................................ 65

2.6.2. Factores fsicos........................................................................................... 65

2.6.3. Factores qumicos....................................................................................... 69

2.7. Sistemas lagunares como una alternativa de tratamiento........................................ 71

2.8. Normatividad............................................................................................................ 72

3. Anlisis comparativo de criterios de diseos de lagunas de estabilizacin.. 74

3.1. Conceptos bsicos de diseo.................................................................................... 74


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3.2. Lagunas anerobias................................................................................................... 77

3.2.1. Mtodos de diseo...................................................................................... 79

3.2.1.1. Mtodos empricos........................................................................ 79

3.2.1.2. Mtodos cinticos.......................................................................... 84

3.2.1.3. Valores recomendados.................................................................. 85

3.2.1.4. Comentario, discusin y anlisis comparativo de diferentes

mtodos de diseo de lagunas anaerobias................................... 89

3.3. Lagunas aerobias..................................................................................................... 90

3.3.1. Lagunas aerobias con oxigenacin natural.................................................. 90

3.3.2. Aeradas en forma mecnica........................................................................ 92

3.3.2.1. Aeradas con mezcla completa....................................................... 95

3.3.2.2. Aeradas con mezcla parcial........................................................... 98


mtodos de diseo de lagunas aerobias...................................... 108

3.3.3. Lagunas de pulimento................................................................................ 108

3.3.3.1. Mtodos empricos y semi-empricos............................................ 109

3.3.3.2. Mtodos cinticos......................................................................... 112


mtodos de diseo de lagunas de pulimento............................... 125

3.4. Lagunas facultativas................................................................................................ 126

3.4.1. Mtodos de diseo..................................................................................... 127

3.4.1.1. Mtodos empricos y semi-empricos............................................ 128

3.4.1.2. Mtodos cinticos......................................................................... 137

3.4.1.3. Mtodos tericos.......................................................................... 143


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mtodos de diseo de lagunas facultativas.................................. 154

4. Ejercicios.................................................................................................................. 155

5. Conclusiones ............................................................................................................ 167

6. Referencias Bibliogrficas...................................................................................... 169

Anexo I. Aspectos constructivos .................................................................................... 172

Anexo II. Operacin y mantenimiento ............................................................................ 216

Anexo III. Costos ............................................................................................................ 254


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ndice Tablas

Tabla 1. Contaminantes limitados por la NOM-001-ECOL-96, de los parmetrosfsicos y su importancia sanitaria .............................................................. 5

Tabla 2. Contaminantes limitados por la NOM-001-ECOL-96, de los parmetrosqumicos y su importancia sanitaria ............................................................ 7

Tabla 3. Contaminantes limitados por la NOM-001-ECOL-96, de los parmetrosbiolgicos y su importancia sanitaria ......................................................... 9

Tabla 4. Enfermedades relacionadas a condiciones deficientes tanto de

saneamiento como de abastecimiento del agua ......................................... 9

Tabla 5. Criterio de diseo para el calculo de la rejilla ................................................ 16

Tabla 6. Cantidades de material retenido en las rejillas .............................................. 17

Tabla 7. Dimensiones de las fosas spticas (tiempo entre cada limpieza 5 aos) .......... 26

Tabla 8. Volumen y tiempo de digestin en un tanque Imhoff .................................... 28

Tabla 9. Plantas de tratamiento de aguas residuales municipales 1992 - 1999 ............. 42

Tabla 10. Plantas de tratamiento de aguas residuales municipales 1999 ...................... 43

Tabla 11. Variable de las lagunas anaerobias primarias de Al Samra .......................... 81

Tabla 12. Valores de diseo para cargas volumtricas permisibles en funcinde la temperatura ................................................................................... 83

Tabla 13. Remocin terica de la DBO5en lagunas anaerobias ................................... 85

Tabla 14. Eficiencia de remocin del tratamiento del agua residual enlas lagunas anaerobias ............................................................................ 86

Tabla 15. Mtodos de diseo para lagunas anaerobias ............................................... 87

Tabla 16. Recomendaciones de diseo de lagunas aerobias........................................ 91

Tabla 17. Valores de k recomendados por diversos autores ....................................... 100

Tabla 18. Mtodos de diseo para lagunas aerobias ................................................. 105

Tabla 19. Mtodos de diseo para lagunas de pulimento ........................................... 119


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Tabla 20. Cargas orgnicas crticas kg DBO/ha.d ...................................................... 129

Tabla 21. Resultados de los cuestionarios aplicados a Estados Unidos ........................ 132

Tabla 22. Coeficientes de correlacin de carga de DBO ............................................. 135

Tabla 23. Variacin de la rapidez de reaccin en un flujo pistn enfuncin de la carga ................................................................................. 140

Tabla 24. Mtodos de diseo para lagunas anaerobias .............................................. 148

Tabla 25. Tamao de la abertura de las rejas en funcin de su uso............................ 174

Tabla 26. Variacin de la cantidad de material retenido en funcin de la

abertura de la reja ................................................................................. 177Tabla 27. Diferentes sitios para la instalacin de desarenadores ................................ 178

Tabla 28. Propiedades fsicas importantes de los suelos en relacin con su uso paraimpermeabilizacin de lagunas ................................................................ 190

Tabla 29. Criterios de seleccin para revestimientos sintticos ................................... 196

Tabla 30. Principales aspectos a cuidar durante la instalacin .................................... 203

Tabla 31. Frecuencias de muestreo ......................................................................... 229

Tabla 32. Volumen y preservacin de muestras ........................................................ 230

Tabla 33. Actividades que integran el mantenimiento preventivoen sistemas lagunares ............................................................................ 236

Tabla 34. Actividades recomendadas para el mantenimiento delos sistemas lagunares ............................................................................ 241

Tabla 35. Recomendacin del numero de personal requerido enlos sistemas lagunares ............................................................................ 245

Tabla 36. Problemas operativos comunes y su posible solucin .................................. 246

Tabla 37. Elementos que componen los costos de inversin ...................................... 257

Tabla 38. Principales conceptos de obra para presupuestacin a plantasde tratamiento ....................................................................................... 258

Tabla 39. Costo ndice ............................................................................................ 276


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ndice Figuras

Figura 1. Principales fuentes de aguas residuales municipales........................................ 4

Figura 2. Fosa sptica de 2 cmaras............................................................................. 27

Figura 3. Plantas de tratamiento por proceso................................................................ 45

Figura 4. Representacin esquemtica de la relacin simbitica entrealgas y bacterias........................................................................................... 49

Figura 5. Representacin esquemtica de las lagunas de estabilizacin

facultativas................................................................................................... 52Figura 6. Proceso de tratamiento de aguas residuales.................................................. 55

Figura 7. Diagrama simplificado del proceso de degradacin de la materiaorgnica en una laguna................................................................................ 66

Figura 8. Esquema de una laguna anaerobia................................................................ 78

Figura 9. Lneas de distribucin a) aeradores superficiales y b) difusores en laprimera laguna de un sistema parcialmente mezclado................................. 92

Figura 10. Esquema de una laguna aerada................................................................... 94

Figura 11. Tipos de lagunas aeradas (facultativas)....................................................... 99

Figura 12. Laguna facultativa tpica............................................................................. 126

Figura 13. Fluctuacin de OD en una laguna facultativa............................................. 127

Figura 14. Variacin de la carga mxima admisible y de diseo en unalaguna facultativa con temperatura media del aire..................................... 130

Figura 15. Valores de k para la ecuacin De Wehner y Wilhelm contrala fraccin remanente para varios factores de dispersin........................... 138

Figura 16. Fraccin de la DBO removida anaerobiamente para diferentescargas orgnicas......................................................................................... 146

Figura 17. Rejas de limpieza manual........................................................................... 175

Figura 18. Seccin transversal y vista posterior de una rejillacon limpieza mecnica................................................................................ 176


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ndice


Figura 19. Planta y seccin longitudinal de un desarenador de doblecanal con depsito...................................................................................... 180

Figura 20. Esquemas tpicos de medicin y distribucin con vertedores..................... 182

Figura 21. Canal Parshall............................................................................................. 183

Figura 22. Seccin transversal tpica de una laguna construida porexcavacin y formacin de bordos.............................................................. 184

Figura 23. Influencia del mtodo de compactacin en la permeabilidadde una arcilla de limos ............................................................................... 188

Figura 24. Fabricacin tpica de membranas............................................................... 197

Figura 25. Empalmes con distintos sistemas adhesivos............................................... 199

Figura 26. Subdrenaje en un sistema de doble impermeabilizacin............................ 200

Figura 27. (a) Sello en tuberas atravesando taludes, para todo tipo derevestimiento; (b) Sello en columnas de piso para revestimientosa base de paneles asflticos y columnas.................................................... 202

Figura 28. Detalle de la bota del tubo para todo tipo de revestimiento,excepto paneles asflticos.......................................................................... 202

Figura 29. Modelo de una laguna de estabilizacin (en serie con mamparas)............. 204

Figura 30. Filtros usuales en bordos de lagunas de estabilizacin............................... 209

Figura 31. Ejemplo de proteccin contra oleaje por enrocamiento.............................. 210

Figura 32. Estructuras de entrada............................................................................... 212

Figura 33. Estructuras de salida.................................................................................. 213

Figura 34. Conexin tpica interlagunas....................................................................... 214

Figura 35. Arranque de lagunas de estabilizacin........................................................ 220

Figura 36. Localizacin de la toma de muestra del influente de la laguna.................. 225

Figura 37. Localizacin de la toma de muestra en una laguna anaerobia .................. 226

Figura 38. Localizacin de la toma de muestra en una laguna facultativa................... 226

Figura 39. Localizacin de la toma de muestra en una laguna pulimento.................. 227


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ndice


Figura 40. Localizacin de la toma de muestra en un sistema lagunaroperado en serie......................................................................................... 227

Figura 41. Localizacin de la toma de muestra en un sistema lagunaroperado en paralelo................................................................................... 228


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Introduccin

Anlisis comparativo de criterios de diseo de lagunas de estabilizacin para ciudades pequeas y medianas 1

1.Introduccin

El uso del agua aumentar en funcin del crecimiento e intensidad de las actividadeseconmicas del pas y desde luego del crecimiento demogrfico. Los posibles escenariosde demanda permiten perfilar polticas de manejo y prever estrategias institucionalespara enfrentar necesidades cada vez mayores, bajo presiones de fuentes y escasezrecurrente del lquido.

Con el propsito de estimar el volumen de aguas residuales generadas por las

actividades urbanas, que de una poblacin total de 95 millones de habitantes, el 17%carece de servicios de agua potable y el 33% de alcantarillado, localizndose losmayores rezagos en el medio rural, donde el 48% no cuenta con servicios de aguapotable y el 79% de alcantarillado.

El volumen de aguas residuales urbano es de 231 m3/s, de los que 174 m3/s secanalizan en drenajes, es indispensable avanzar tanto en el equipamiento para elmanejo y suministro de aguas, como en el servicio de tratamiento de aguas residuales,

ya que nicamente se tiene capacidad de tratar 54 m

3

/s. De esto slo recibentratamiento adecuado 35 m3/s.

Las aguas residuales antes de ser vertidas a las masas receptoras, deben recibir untratamiento adecuado, capaz de modificar sus condiciones fsicas, qumicas ymicrobiolgicas al lmite de evitar que su disposicin provoque problemas graves decontaminacin en el cuerpo de agua receptor.

En las pequeas y medianas comunidades que generan residuos, lquidosbiodegradables se pueden considerar las lagunas de estabilizacin, ya que se tienenextensiones de terreno y son ms econmicas tanto en construccin, operacin ymantenimiento.

El agua residual entra a una laguna de estabilizacin se realiza en forma espontanea unproceso de autopurificacin o estabilizacin natural, en el que tiene lugar fenmenosde tipo fsico, qumico y biolgico.


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Introduccin


1.1. Objetivo general

Comparar los diferentes tipos de diseos de lagunas de estabilizacin para eltratamiento de aguas residuales municipales, mediante el uso de diferentes modelosmatemticos que proporcionen las mejores eficiencias de remocin de cargaorgnica.

1.2. Objetivos particulares

Seleccionar el diseo que proporcione la mejor alternativa de tratamiento para las

aguas residuales municipales, aplicando los mtodos empricos, semi-emricos ycinticos.

Dar recomendaciones para un mejor diseo y tratamiento de las aguas residualesmunicipales en lagunas de estabilizacin, considerando los criterios de diseo yoperacin para este tipo de lagunas.

1.3. Justificacin

En Mxico el 90% de los cuerpos de agua superficiales presenta algn grado decontaminacin, aunado a esta carecemos de una cultura de pago que permita obtenerfondos a los gobiernos estatales y municipales para planear y ejecutar obras desaneamiento del agua. Por otra parte la crisis econmica agrava ms este problemahaciendo indispensable que los ingenieros pensemos en el desarrollo y aplicacin detecnologas apropiadas para el tratamiento de aguas residuales, entendindose portecnologa apropiada aquella que permite lograra los estndares de calidad requeridos auna precio que pueda pagarse.

Lo anterior justifica plenamente el desarrollo promocin y uso de sistemas lagunarescomo mtodo de tratamiento para aguas residuales municipales fundamentalmente porsu bajo costo de operacin y mantenimiento. Los requerimientos de reas de estossistemas hacen que sea principalmente recomendables para localidades medianas ypequeas (2,500 a 50,000 habitantes) el desarrollo que a continuacin se presentaplantea diferentes opciones de diseo y recomienda aquella que en la practica enMxico, a mostrado mayor efectividad.


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Marco Terico


2. Marco Terico

2.1. Caractersticas de las aguas residuales

La generacin de aguas residuales es un producto inevitable de la actividad humana. Elconsumo de agua y la consecuente descarga de aguas residuales dependeesencialmente de las condiciones de vida de la poblacin. La existencia de aguasresiduales especficas depende adems del tamao y las caractersticas de lacomunidad.

Las aguas residualesson las aguas usadas y los slidos que por uno u otro medio seintroducen en los albaales y son transportados mediante el sistema de alcantarillado.

En general, se consideran Aguas Residuales Domsticas (A.R.D), los lquidosprovenientes de las viviendas o residencias, edificios comerciales e institucionales. Senominan Aguas Residuales Municipales (A.R.M), a los residuos lquidostransportados por el alcantarillado de una ciudad o poblacin. Aguas ResidualesIndustriales (A.R.I), las aguas residuales provenientes de las descargas de industriasde manufactura.

El trmino Aguas Residuales Municipales son provenientes de las actividadesdomsticas, comercios y de servicios que no contienen en volumen ms del 15% deaguas residuales industriales.

Toda agua residual afecta de alguna manera la calidad del agua de la fuente o cuerpode agua receptor. Sin embargo, se dice que un agua residual causa contaminacinsolamente cuando ella introduce condiciones o caractersticas que hacen el agua de lafuente o cuerpo receptor inaceptable para el uso propuesto de la misma.

Para la obtencin de las caractersticas del agua residual se requiere un programa demuestreo, para caracterizacin y control de calidad del agua, supone un anlisiscuidadoso de los parmetros que se encuentran en el agua residual.


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Marco Terico


Figura 1. Principales fuentes de aguas residuales municipales

Los parmetros a analizar son: fsicos, qumicos y biolgicos.

2.1.1. Parmetros Fsicos

Dentro de las principales encontramos, el contenido total de slidos, la temperatura, elcolor y el olor.

Los slidos pueden ser orgnicos e inorgnicos, siendo los orgnicos de origen vegetalo animal, aunque tambin los hay de origen sinttico. Los slidos inorgnicos, loconstituyen las arenas, gravas, sales minerales de las aguas de abastecimiento, ascomo otras formas de materia inerte no degradable.

DISPOSICIN SEPARADASEPARACIN Y PRETRATAMIENTO

AGUA DE ENFRIAMIENTO NO

CONTAMINADA

ALCANTARILLADO DE AGUAS

DE LLUVIA

AGUAS

INFILTRACIN Y

ERRADAS

DE AGUAS RESIDUALES

MUNICIPALES

EFLUENTE TRATADO

RESIDENCIALES YCOMERCIALES

ALCANTARILLADO COMBINADO:

AGUAS DE LLEVIAS +

AGUAS RESIDUALES

DOMESTICAS

DERIVACI

N

C

AUDALES

DE

EXCESO

CONEXIONES

LLUVIAS

CURSONATURALDEAGUA


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Marco Terico


Los slidos los encontramos en estado suspendido, disuelto y flotante, siendoperceptibles a simple vista y se pueden separar del agua residual por medio de

procedimientos mecnicos o fsicos. Si los slidos son de tamao y peso suficiente parasedimentar por gravedad en un periodo aproximado de una hora son sedimentables, loscuales varan de tres cuartas partes de orgnicos y una cuarta parte de inorgnicos deltotal. Por consiguiente, los slidos coloidales no emplean este mtodo de eliminacin, sino por coagulacin y sus tamaos varan de 10-3 mm a 10-6 mm. Y finalmente losslidos disueltos se componen de materia molecular orgnica e inorgnica y por ionesque se encuentran presentes en el agua (soluble) y sus tamaos son menores a 10-6mm.

Suele ocurrir que la temperatura del agua residual, es mayor que la temperatura delagua del suministro, esto es debido fundamentalmente a que en ella esta el proceso deoxidacin y descomposicin de la materia orgnica, proceso que genera calor. Esto esimportante porque puede afectar la vida acutica si el lugar de vertido es un ro, lago omar. Las altas temperaturas obstruyen la solubilidad de gases, como el oxgenoprovocando con ello procesos anaerobios. Y que para cada 10C de aumento detemperatura, se duplica la velocidad de descomposicin de la materia orgnica de lasaguas residuales.

Tabla 1. Contaminantes limitados por la NOM-001-ECOL-96, de los parmetros fsicos ysu importancia sanitaria

Parmetros Efecto e Importancia

Temperatura Acelera la descomposicin de la materia orgnica, modifica elmetabolismo de los organismos acuticos, incrementa la toxicidadde algunas substancias, abate el oxgeno disuelto.

Grasas y Aceites Algunos compuestos de las grasas son txicos.

Materia Flotante Disminuye la penetracin de la luz y limita la produccin primaria.

Slidos Sedimentables De origen orgnico o inorgnico, suspendida afecta la penetracinde la luz, aumenta la DBO, sedimentos producen azolves, matanpor asfixia los embriones de algunos peces.

Slidos Suspendidos Totales De origen orgnico o inorgnico afecta la penetracin de la luz,limitan la fotosntesis.


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Marco Terico


2.1.2. Parmetros Qumicos

Los compuestos orgnicos se pueden encontrar en forma de protenas, carbohidratos,agentes tensoactivos, plaguicidas y producto qumicos agrcolas.

Las protenas en unin con la urea (principal constituyente de la orina) son lasprincipales fuentes de nitrgeno en el agua residual.

Los carbohidratos son: azcares, almidones y celulosa, fibra de madera, mientras quelos aceites representan una amplia gama de hidrocarburos de bajo peso molecular, deorigen mineral como son: la gasolina, aceites, lubricantes y otros combustibles comocontaminantes, tal es el caso de grasas y aceites de origen animal y vegetal.

Los agentes tensoactivos, son molculas orgnicas que originan espuma de las plantasde tratamiento, anteriormente eran utilizados en detergentes llamados sulfonato-alquilo-bencen (SABS) que tenan alta resistencia a la descomposicin biolgica, portanto fueron sustituidos por sulfatos alquil-lauril sulfonato (LAS) que sonbiodegradables.

Aunque los plaguicidas y productos qumicos agrcolas no son muy comunes en lasaguas residuales, presentan grave peligro para la vida acutica en el lugar de vertido sise presentan.


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Marco Terico


Tabla 2. Contaminantes limitados por la NOM-001-ECOL-96, de los parmetros qumicosy su importancia sanitaria


pH Afecta la solubilidad y el estado qumico de muchos compuestos y elementos (porejemplo metales pesados).

NitrgenoTotal

Constituye uno de los nutrientes esenciales para el desarrollo de plantas, algas ybacterias, sin embargo la forma inicial en que las bacterias liberan el nitrgeno,contenido en la materia orgnica, es el amoniaco, txico para los peces.

Fsforo Total En su forma inorgnica es un nutriente esencial, al igual que el nitrgeno. Enconcentraciones elevadas, favorece el crecimiento de malezas acuticas,provocando la eutroficacin del agua, los fosfatos (provenientes de las industrias,de detergentes y agroindustrias), han provocado la proliferacin del lirio acuticoen muchos cuerpos del agua.

DBO y DQO Son una medida de la cantidad de materia biodegradable por va biolgica oqumica, disminuyendo el contenido de oxgeno disuelto en el cuerpo de agua yprovocan la mortandad por asfixia, de peces y otros organismos.

Metales yMetaloides

Todos pueden ser txicos para los seres vivos, su importancia radica en que sonacumulables en los tejidos, causando diversos problemas.

Los metaloides en general, al incorporarse a los drenajes municipales inhiben lostratamientos biolgicosde las aguas residuales.

Arsnico Metaloide de amplia distribucin, se emplea como conservador de la madera, enplaguicidas y en la fabricacin de algunos medicamentos.

En los cuerpos de agua se acumula en la cadena trfica, su ingestin, aun en dosisbajas, produce desrdenes gastrointestinales, afectacin del tejido drmico yalteraciones del sistema nervioso central.

Plomo Elemento ampliamente distribuido en la naturaleza, las actividades humanas comola fabricacin de pinturas, insecticidas, vidrio y bateras elctricas, adems como

antidetonante en gasolinas, provocan emisiones peligrosas al ambiente.

El plomo afecta a los microorganismos retardando la degradacin de la materiaorgnica. En los animales superiores afectan los glbulos rojos, hgado y riones,causando gran diversidad de padecimientos.

Nquel Se utiliza como catalizador en la industria metalrgica y en la fabricacin decermica.

Inhibe la actividad biolgica de los microorganismos. En el hombre afecta elpulmn y produce dermatitis.


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Marco Terico


Tabla 2. Contaminantes limitados por la NOM-001-ECOL-96, de los parmetros qumicosy su importancia sanitaria (continuacin)


Zinc Se usa en la metalrgica como recubrimiento de otros metales no es muy txico.

Cadmio Subproducto de la explotacin de otros metales como el cobre, zinc y plomo. Seutiliza en el electroplateado, fabricacin de pinturas y plstico y, en la fabricacinde bateras.

Su forma txica es el ion Cd+2su acumulacin afecta hgado y riones.

Cobre Elemento muy abundante en la naturaleza, es un micronutriente esencial, endosis alta es muy txico para algas, moluscos y peces.

Cromo Se utiliza en la industria del cromado, fabricacin de acero y curtido de pieles. Suforma txica es la forma hexavalente Cr+6.

Mercurio Es uno de los metales ms peligrosos, se usa en la fabricacin de componenteselctricos y electrnicos en la industria del papel y en la agricultura. Su ingestinaltera el sistema nervioso.

Cianuro Se emplea en varios procesos industriales, es muy txico para la mayora de losseres vivos (plantas y animales), altera el metabolismo.

2.1.3. Parmetros Biolgicos

El agua debe estar exenta de grmenes patgenos de origen entrico y parasitariointestinal, que son los que pueden transmitir enfermedades. Por coliforme se conocentodas aquellas enterobacteriaceae que fermentan rpida y precozmente la lactosa conformacin de cido-gas.

Los organismos patgenos son evacuados por los seres humanos que se vean afectadospor alguna enfermedad, los organismos patgenos que normalmente pueden serexcretados por el hombre causan enfermedades del sistema gastrointestinal.


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Marco Terico


Tabla 3. Contaminantes limitados por la NOM-001-ECOL-96, de los parmetrosbiolgicos y su importancia sanitaria


Bacterias ColiformesFecales

Son indicadores de la posible presencia de bacterias patgenas. Sudeteccin en el agua, indica que ha ocurrido contaminacin fecal.

Huevos de Helminto Parmetro de incorporacin reciente, para medir el potencialpatgeno del agua. Los helmintos, son parsitos que afectan lasalud de hombres y animales. Los parsitos ms comunes en Mxicoson las tenias (solium y saginata) y los ascaris.

El agua en general es un medio de dispersin.

Tabla 4. Enfermedades relacionadas a condiciones deficientes tanto de saneamientocomo de abastecimiento del agua.

Nombre Agente Sntomas Transmisin

Amebiasis Entamoebahistolytica(protozoarios)

Varan desde una disentera ofulminante, con fiebre, escalofros ydiarrea sanguinolenta o mucoide(disentera amibiana), hasta unmalestar abdominal leve con diarreacon sangre o muco que alterna conperodos de estreimiento o remisin.La infeccin a largo plazo puedencausar lceras o abcesos que a menudoconducen a infecciones secundarias.

Principalmente a travs de aguacontaminada con heces, hortalizascontaminadas o manipuladores dealimentos que son portadores y nosiguen una higiene adecuada. Hay dosformas de vida que pueden transmitir lainfeccin: el quiste y el trofozoito. Lasepidemias se producen ms comnmentepor beber agua contaminada.

Ascariasis Ascarislumbricoides(gusano redondo)

Gusanos vivos son expulsados con lasheces o a veces por la boca o por lanariz; la mayora de los casos sonasintomticos. Especialmente en nios,causa desnutricin, excitacin einsomnio. Casos avanzados presentanobstruccin intestinal, carencianutricional grave; se migran a lospulmones puede ocurrir tos o silvidos.

Por ingestin de huevos contaminadosprocedentes del suelo contaminado conheces humanas o alimentos crudos contierra contaminada; contagio entre niospor juguetes contaminados por tierrainfectada y en reas de defecacincomunal.

Balantidiasis Balantidium coli(protozoario)

Diarrea, nusea y vmito; las hecespueden contener sangre. Como en laamibiasis, puede causar disentera ytiene dos etapas infectivas (quiste ytrofozoito). A menudo se confunde conla amibiasis.

Por ingestin de quistes en alimentos oaguas contaminadas con heces.Especialmente prevalece donde elsaneamiento es pobre. Se produce msbien por abastecimientos de aguacontaminados por heces porcianas.


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Marco Terico


Tabla 4. Enfermedades relacionadas a condiciones deficientes tanto de saneamientocomo de abastecimiento del agua. (continuacin)


Clera Vibrio cholerae(bacterias)

Inicio agudo y repentino de diarrea deheces de arroz acuoso, con rpidadeshidratacin y vmitos ocasionales.

Por ingestin de agua o alimentoscontaminados por las heces o vmitos deindividuos infectados; manejo dealimentos con mtodos antihiginicos;consumo de moluscos y crustceoscrudos. El organismo sobrevive mstiempo en agua salobres y alcalinas.

Cryptosporidiosis Cryptosporidium

(protozoarios)

Diarrea profusa acuosa o mucoide que

dura entre 3 14 das; vmitos;anorexia y dolor abdominal; tos yradiografa del trax anormal puedenindicar infecciones pulmonares; amenudo prdida de peso significativa.

Por la ruta fecal oral. Los quistes son

altamente resistentes a los procesoscorrientes de tratamiento de agua; elagente infeccioso ha sido identificadofrecuentemente en fuentes de aguacontaminada por desechos de ganado.

Dracontiasis Dracunculusmedinensis(nemtodo)

Una vescula (a menudo con unaduracin de varios meses), aparecegeneralmente en la parte inferior de lapierna o del pie donde el gusanohembra expulsa larvas, acompaadaspor ardor y comezn; fiebre diarrea yvmitos; malestar general. Si el gusanomuere antes de su remocin puede dar

lugar a una gangrena y a laamputacin.

Se disemina exclusivamente medianteagua de bebida; las larvas expulsadas poruna persona infectada son comida porcoppodos de agua dulce y este agentees luego ingerido por seres humanos albeber de abastecimientos de aguainfectados.

Escherichia coli (Bacteria)EneteroinvasoraEnterotoxgenaEnteropatgena

Los tipos invasores y patgenos causanfiebre, diarrea (a veces sanguinolenta).Tipo txico causa inicio de agudo dediarrea acuosa, calambres y vmitosque duran generalmente de 1 a 3 das.

Propagacin por alimentos, agua yfmites contaminados. Los sereshumanos son el reservorio principal.Todos los grupos de edad sonsusceptibles.

Giardiasis Giardia lamblia(protozoario)

Diarrea crnica, expulsin frecuente deheces laxas, plidas y grasosas, ascomo fatiga. La enfermedad puededurar ms de tres meses, pero no esfatal. Sin embargo, puede agravar ladesnutricin y fatiga.

Fecal oral por agua, alimentos y por elmecanismo mano a boca. Han ocurridobrotes a travs de fuentes contaminadasde agua, y por manipulacin de alimentoscon manos contaminadas.

Hepatitis Virus de hepatitisA y E

Fiebre leve a intensa, malestar generalque dura a veces varios meses. Lossntomas ms graves se manifiestan enadultos que en nios.

Ruta fecal oral, especialmente agua yalimentos contaminados en particularmoluscos y crustceos. Perodo deincubacin de un mes aproximado.

Leptosprosis Leptospirainterrogans(Ordenspirochaetales)

Fiebre, cefalalgia, escalofros, malestarintenso; sufusin de las conjuntivas; aveces meningitis o ictericia y erupcin.La muerte es rara, pero aumenta conindividuos que tienen problemasrenales o de ancianidad.

Contacto de la piel o membranasmucosas con agua, tierra hmeda ovegetacin contaminadas con la orina delos animales infectados provenientes degranjas o silvestres. El perodo promediode incubacin es de 10 das.


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Marco Terico


Tabla 4. Enfermedades relacionadas a condiciones deficientes tanto de saneamientocomo de abastecimiento del agua. (continuacin)


Paratifoidea Salmonellaparatyphi tipos A,B, C. (bacterias)

Fiebre continua, cefalalgia, malestargeneral, a veces manchas rosseas enel tronco. Rara vez fatal.

Por alimentos o agua contaminados.Pueden ser difundida por heces u orinade personas infectadas. Perodo deincubacin de 1 a 10 das para eltrastorno gastrointestinal y hasta 3semanas para la fiebreentrica.

Fiebre Tifoidea Salmonella Typhi(bacterias)

Los mismos de la Paratifoidea, slo quems grave. Es ms comn el

estreimiento que la diarrea.

Ver paratifoidea; leche, moluscos ycrustceos tambin se han visto

implicados. Los sntomas clnicos sedesarrollan generalmente entre 14 a 21das despus de la exposicin.

Poliomielitis Poliovirus tipos1, 2 y 3(enterovirus)

Dolor muscular y espasmo, fiebre,rigidez del cuello o espalda que puedenprogresar a parlisis, nuseas yvmitos. Existe vacuna eficaz.

Por contacto directo mediante relacinestrecha; ruta fecal oral. El riego conefluentes no tratados de aguas residualesha sido vinculado con epidemias. Perodode incubacin para casos paralticos es 7

14 das.

Rotavirus Rotavirus defamilia Reoviridae

Especialmente prominente en lactantesy nios de corta edad, fiebre y vmitosseguidos de diarrea aguda, anorexia y

deshidratacin. Algunos casos puedenpresentar hemorragia gastrointestinal,el sndrome de Reyes es fatal,encefalitis y enfermedad respiratoriasuperior e inferior.

Ruta fecal respiratoria. Perodos deincubacin de aproximadamente de 48horas. Ocurrencia mxima en meses ms

frescos en reas templadas.

Shigelosis Shigelladysenteriae,flexneri, boydii ysonnei (bacterias)

Diarrea acompaada con fiebre,calambres, nuseas y a vecestenesmos. Convulsiones en nios decorta edad; hay a menudo sangre,moco y pus en las heces.

Directa a transmisin fecal oral, conuna dosis tan baja de 10 100 bacteriasque causan infeccin. Sobrevive bien atemperatura baja, humedad alta y a unpH bajo (como jugo ctrico). Agua, leche,contaminacin fecal y aguas residualesempleadas en riego. Incubacin de 1 a 7das.

2.2. Tratamientos de las aguas residuales municipales

El tratamiento de las aguas residuales, previo a su disposicin, consiste en separar deellas la cantidad suficiente de slidos que permita que los que queden al serdescargados a las aguas receptoras no interfieran con el mejor o ms adecuadoempleo de stas, tomando en cuenta la capacidad de las aguas receptoras para


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asimilar la carga que se agregue. Lo slidos que se eliminan son principalmenteorgnicos, incluye tambin inorgnicos. Como el mejor empleo de las aguas receptoras

puede variar desde ser agua para beber o para fines culinarios, la cantidad o grado detratamiento que se d a las aguas residuales debe variar de acuerdo con ello. Debeprocurarse un tratamiento para los slidos y lquidos que se eliminan como lodos, ypuede necesitarse un tratamiento para controlar los olores, para retardar las actividadesbiolgicas o destruir los organismos patgenos.

El tratamiento de las aguas residuales es una combinacin de operaciones fsicas, deprocesos biolgicos y qumicos que remueven el material suspendido, coloidal o disueltoen dichas aguas.

En el tratamiento convencional se utilizan rejillas para remocin de materiales gruesos,desarenadores para remocin de arena, sedimentacin para remocin de materialsedimentable y tratamiento biolgico para oxidacin de la materia orgnica de las aguasresiduales: oxidacin aerobia y oxidacin anaerobia.

Los objetivos que se deben identificar como primordiales en el tratamiento de las aguas

residuales son:

Remocin de DBO.

Remocin de slidos suspendidos.

Remocin de patgenos.

Remocin de nitrgeno y fsforo.

Remocin de sustancias orgnicas refractarias como los detergentes y pesticidas.

Remocin de trazas de metales pesados.

Remocin de sustancias inorgnicas disueltas.

La conservacin de las fuentes de abastecimiento de agua para uso domstico.

Prevencin de enfermedades.


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Marco Terico


Prevencin de molestias secundarias (malos olores, aspecto desagradable de loscuerpos de agua, etc.).

Mantenimiento de aguas limpias para fines recreativos y conservacin de flora yfauna acutica.

Mantener en el agua las condiciones mnimas necesarias para fomentar lapropagacin y supervivencia de la fauna marina.

Conservacin de una agua con calidad aceptable para usos agrcolas e industriales.

La prevencin del azolve en aquellos cuerpos de agua que sirven como vas para lanavegacin.

2.2.1. Pretratamiento

El pretratamiento se define como la primera parte del proceso integral del tratamientode las aguas residuales realizado por medios fsicos.

Tiene como objeto remover del agua residual aquellos constituyentes que puedencausar dificultades de operacin y mantenimiento en los procesos posteriores o que, enalgunos casos, son incompatibles de ser tratados conjuntamente con los demscomponentes del agua residual.

Los dispositivos para el tratamiento preliminar o pretratamiento se utilizan para:

Separar o disminuir el tamao de los slidos orgnicos grandes que flotan o estnsuspendidos.

Separar los slidos inorgnicos pesados, como la arena, la grasa e incluso objetosmetlicos.

Separar cantidades excesivas de aceite y grasa.


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Los procesos que se llevan a cabo para la separacin del material granular son:

Rejillas.

Desmenuzadores.

Desarenadores.

Preareacin.

Desgrasadores.

Rejillas.-Como rejillas se conocen aquellos tipos de enrejado que se utilizan para laseparacin de slidos gruesos y se ubican transversalmente al flujo. Al pasar el agua,el material grueso queda retenido en el enrejado y debe ser retirado manualmente ocon dispositivos mecnicos adecuados. Dependiendo del espaciamiento libre entre lasbarras de las rejillas, se puede distinguir entre rejillas para material grueso.

Existen diferentes formas de clasificar a las rejillas de acuerdo a su limpieza, tipo yposicin.

Las rejillas se clasifican de acuerdo a su limpieza en:

Manual. Plantas pequeas.

Mecnica. Plantas grandes y medianas.

A su posicin:

Fija.

Mvil.


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Tipo de rejillas:

Rejilla de banda.Consiste en una banda o cinta sinfn perforada, que pasa sobredos cilindros uno superior y otro inferior.

Rejilla de alas.Es aquella que cuenta con aberturas radiales, especificas en formauniforme, que giran sobre un eje horizontal.

Rejilla de tambor.Es un cilindro o cono de lmina perforada o de tela metlica,que gira sobre un eje horizontal.

Rejilla de compuerta. Es una rejilla parecida a una de alas, pero con alas

semicirculares.

Rejilla de jaula. Consiste en una caja rectangular con las paredes lateralesformadas por barras paralelas y sin pared en la parte de aguas arriba de lacorriente. El fondo y el techo pueden ser de lmina de acero continua perforada. Noconviene que tenga barras en el fondo ni en el techo porque se hace muy difcil lalimpieza.

Rejilla de disco. Consta de un disco circular perforado, con o sin cono centraltruncado del mismos material, montado en el centro.

Rejilla de tela metlica.Est formada con una alambrada de fbrica.

Rejillas tipo parrilla.Consta de dos series de barras paralelas en el mismo plano,que se corta en ngulo recto.

Las rejillas que se utilizan son gruesas y finas, la separacin de las rejillas gruesas es de2.5 5.0 cm y la separacin de las rejillas finas es de 1.0 2.5 cm.

La ubicacin de las rejillas gruesas es el canal de entrada y las rejillas finas despus deldesarenador.

El criterio de diseopara el clculo de la rejilla se muestra en la siguiente tabla (tabla5).


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Tabla 5. Criterio de diseo para el calculo de la rejilla

Velocidad de flujo entre barras > 1 m/s

Prdida de carga por la seccintransversal

30 %

Velocidad de aproximacin del flujo(para evitar que se deposite arena)

0.60 m/s

Los valores para el factor de forma es el siguiente:

Para barras rectangulares = 2.42

Para barras redondas = 1.79

Para barras de diseo superficial = 0.84

hv 5 cm por obstruccin del flujo

barraslasdeformadeFactorhorizontallarespectorejaslasdeninclinacidengulo

(m/s)rejaslasdearribaaguasVelocidadbarrasentrelibreEspacio

m)0.015-(0.008(m)barraslasdeAncho(m)cargadePerdida

:Donde

CargadePerdida

sen

2

234

V

b

S

hv

g

V/

b

Shv


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Las prdidas por obstruccin pueden triplicar la perdida de carga.

El prametro de control para las rejillas, es la velocidad de paso entre rejas, la cual nodebe ser menor de 60 cm/seg ni mayor de 75 cm/seg.

Tabla 6. Cantidades de material retenido en las rejillas

Espaciamiento libre

entre barras de larejilla, en mm

Cantidad de material atrapado en la rejilla por

litro persona por ao l/p/aCon limpieza manual Con limpieza mecnica

16 5.0 6.0

20 4.0 5.0

25 3.0 3.5

30 2.5 3.0

40 2.0 2.5

50 1.5 2.0

Desmenuzadores.- Los molinos, cortadoras o trituradoras, son dispositivos que sirvenpara romper o cortar lo slidos hasta un tamao tal que permita que sean reintegradosa las aguas negras sin peligro de obstruir las bombas o las tuberas, o afectar lossistemas de tratamiento posteriores. Puede disponerse aparte para triturar los slidosque separan las cribas, o pueden ser combinadas de cribas o cortadoras que se instalen

dentro del canal por donde fluyan las aguas negras, de manera que se logre sinnecesidad de separar lo slidos de las aguas negras.

De acuerdo a la forma, capacidad, potencia y costo, encontramos en el mercado unagran variedad de trituradores que pueden ser tiles para nuestro proceso; para sueleccin deben definirse las condiciones bajo las cuales estar trabajando en base aeso, elegir el ms adecuado. Para ello existen trituradores provistos de discos


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Marco Terico


cortadores giratorios y otros con un brazo vertical accionado con motor, con dientescortantes; entre otros.

Con base al funcionamiento encontramos slo dos tipos de trituradores, los cuales son:

Triturador de materiales retenidos por las rejillas.

Triturador de gruesos de aguas residual.

Triturador de material retenidos por la rejilla.ste permite pulverizar el materialretenido en las rejillas (cribas), las cuales a travs de su sistema de limpieza manual omecnica (rejilla sinfn, rejilla de tambor, etc.), dependiendo del volumen de agua quefluye a travs de ellas, conducen a los residuos a travs de una banda o de un canalhacia un triturador de este tipo. Despus del triturador el producto final puede tenerdos destinos principalmente: verterlo de nuevo a la corriente y retirar el material yatriturado con el resto de los slidos sedimentables, durante el proceso de tratamientoprimario y el material producto de la trituracin es conducido a prensas y/o centrifugaspara reducir su contenido de humedad para posteriormente dejar secar el producto.

Triturador de gruesos de agua residual.ste mtodo consiste en moler los slidosin situ, es decir realizar una instalacin que trabaje triturando dentro de la propiacorriente de desage, con lo cual no es necesario efectuar el transporte de la materiaretenida por la rejilla hacia un triturador u otro destino.

Desarenador.- Las trampas de arenas (desarenadores) son estanques parasedimentar partculas minerales cuyo tamao vara entre 0.2 y 2 mm y que estnpresentes en las aguas residuales. La finalidad es separar principalmente aquelloscomponentes que tienen un efecto negativo en los procesos biolgicos y que podranrepresentar una carga intil en los estanques biolgicos o de digestin.

Los desarenadores se ubican despus del cribado y antes de la sedimentacin primaria;son imprescindibles en las redes unitarias de proceso mixto, porque el agua de lluviaarrastra, al pasar por la calles, sustancias minerales sin disolver.


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Marco Terico


El procedimiento utilizado para proceder a la separacin de la arena del agua residual,consiste en provocar una reduccin de la velocidad del agua por debajo de los lmites

de la precipitacin de los granos de dichas arenas, pero por encima de los desedimentacin de la materia orgnica. De no cumplirse esta ltima condicin, seproducirn depsitos de materia susceptibles de fermentacin que produciran malosolores y seran de incmodo manejo.

El no separar esta materia pesada perjudicara el tratamiento posterior, generandosobrecargas en lodos, depsitos en las condiciones hidrulicas, tuberas y canales,abrasin en rodetes de bombas y equipos y disminuyendo la capacidad hidrulica. Conesta operacin se busca remover el 100% de partculas inorgnicas (densidad de 2.65

gr/cm3) de un tamao igual o mayor a 0.21 mm., y dejar en suspensin al materialorgnico.

Los desarenadores se disean generalmente en forma de grandes canales. En estoscanales la velocidad disminuye lo suficiente para que se depositen los slidosinorgnicos pesados mantenindose en suspensin el material orgnico.

Los desarenadores se disean para ser limpiados manual o mecnicamente; cuando selimpian manualmente se prev generalmente espacio para almacenamiento de lasarenas depositadas. Deben tenerse al menos dos unidades que se limpien en formamanual o una unidad de limpieza mecnica prevista de una derivacin auxiliar. Sepueden disponer de cierta variedad de unidades de limpieza mecnica que eliminen lasarenas mediante rastrillos, estando en operacin normal el desarenador.

Parmetros de diseo:

rea de la seccin transversal

Tirante

P

T

T

A

AH

V

QA

S2/m3m0.023SlSuperficiaCarga

cm/s60Vhcm/s30Velocidad


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Preaeracin.-La preaeracin se logra induciendo aire en las aguas negras durante unperiodo de 20 a 30 minutos a la velocidad que se determine. Con la preaeracin sepuede lograr:

(m)plantillaladeAncho )(mltransversasecc.rea

(m)Tirante:DONDE

2

p

t

AA

H

s

h

V

VHL

rdesarenadodelLongitud

(g/cm)aguadeldinmicaViscosidad

)(g/cmarenaladeDensidad

)(g/cmaguadelDensidad

)(cm/snalgravitacioConstante

(cm)arenaladeDimetro

(cm/s)insedimentacdeVelocidad

:DONDE

1)Re10Stokes,de(Ley

(m/s)insedimentacdeVelocidad

(m/s).horizontalVelocidad(m)Tirante

:DONDE

3

3

2

4-

w

a

w

g

d

V

.

d(g)Vs

V

V

H

s

w

wa

s

h

(cm/s)180


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Marco Terico


Obtener una mayor eliminacin de slidos suspendidos, en los tanque desedimentacin.

Ayudar a la eliminacin de grasas y aceites que arrastren las agua negras.

Refrescar las aguas negras spticas antes de llevarla a cabo el tratamiento.

Disminuir la DBO.

La preaeracin se logra introduciendo aire en las agua negras. Se lleva a cabo forzandoal aire comprimido a travs del agua generalmente a 0.75 litros de aire por litro de aguanegra.

Las funciones ms importantes de la aeracin son la eliminacin de bixido de carbonoantes de la operacin de ablandamiento de agua y la adicin de oxgeno destinada a laseparacin de hierro y manganeso. La aeracin provoca efectos adversos como que elagua sea ms corrosiva, adems de necesitar otros compuestos para la precipitacin dehierro y manganeso en ausencia de materia orgnica.

Mediante pruebas de laboratorio podemos determinar la concentracin de oxgenodisuelto, cido sulfidrico y bixido de carbono con el objeto de saber si la aeracinfunciona correctamente. Si la concentracin de oxgeno disuelto es de 7 a 10 p.p.m. yla del bixido de carbono de 3 a 5 p.p.m. el proceso de aeracin se considera eficaz.

Datos de diseo y operacin:

Los factores ms importantes que se deben considerar en el diseo y operacin delos aeradores son: el tiempo, la relacin del tirante y los requerimientos de airenecesarios.

Los tiempos de retencin a flujo medio sern de 10 a 15 minutos, teniendo tirantesde agua de 4.6 m. Con requerimientos de aire de 0.5 a 2 m3/hr/m3de agua.

Para evitar la corrosin de los equipos, es necesario emplear materiales capaces deresistirla, tales como concreto, acero al cobre, acero inoxidable, madera tratada concreosota y otros.


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Marco Terico


Se debern considerar dos o ms tanques de aeracin capaces de funcionarindependientemente para cuando las capacidades excedan sus lmites. Los

volmenes de los tanques de aeracin mecnica son 50% ms grandes que los delos tanques de difusin de aire y se colocarn con profundidades no menores de 3 yno mayores de 4.5 m.

Desgrasadores.- Es un proceso de separacin de grasas, aceites y flotantes. Se hacepasar el agua por un tanque de salida sumergida de forma que los materiales flotan yson retirados manual o automticamente.

Las grasas son uno de los componentes orgnicos ms estables y no se descomponenfcilmente por las bacterias.

Una vez que el agua residual ha llegado a la planta de tratamiento, es necesarioeliminar las grasas y aceites que an estn presentes, para evitar daos a los equipos;as como interferencia en el desarrollo de los microorganismos empleados en eltratamiento biolgico, ya que las grasas y aceites causan obstrucciones en las rejillas,aumentando los gastos en su conservacin, adems perturban el proceso de digestin

de lodos, dificultan la sedimentacin formando una capa superficial que atrae hacia lasuperficie pequeas partculas coloidales de materia orgnica e incrementa la DQO enun 20 a 30 %.

Las grasas se acumulan en las aguas de dos formas distintas: en forma libre, que escuando las grasas y aceites estn separadas totalmente del resto del lquido presenteen el agua residual y en forma de emulsin, que es cuando las partculas coloidales deotras sustancias se mezclan con las grasas y aceites.

Las aportaciones de grasas por habitante al da en aguas residuales urbanas seconsidera de 24 grs. o bien el 28% de los slidos en suspensin.

El diseo de separadores de grasas y aceites, se basa en la Norma DIN4040 queestablece el tiempo de retencin mnimo requerido para la flotacin de grasas. Lostiempos de retencin mnimos recomendados son:


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Tr (minutos) Caudal (l/s)

3 2 - 94 10 19

5 > 20

Para densidades mayores, el tiempo de retencin deber definirse con base en pruebasde laboratorio, considerando una eficiencia de remocin de 92%.

Estableciendo el , el rea superficial requerida se obtiene con la siguiente expresin:

La Norma referida, seala la velocidad ascencional de diseo para diferentesdensidades de las grasas y aceites, como sigue:

Densidad (kg/l) Velocidad de ascenso (Va) m/h

0.75 22.5

0.80 18.0

0.85 13.5

0.90 9.0

(m/h).lascencionaVelocidad/h).(mGasto

).(mlSuperficiarea

:DONDE

3

2

Va

Q

A

Va

QA


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Cuando se requiera una eficiencia mayor al 92%, o para densidades mayores quedisminuyan el tiempo ascencional, se deber analizar la conveniencia de aumentar Va

mediante difusores de aire, con capacidad de 0.3 0.6 m3

de aire por m3

de agua o darun mayor tiempo de retencin.

2.2.2. Tratamiento Primario

Es la remocin parcial de slidos suspendidos y materia orgnica, mediante lasedimentacin u otro medio; y constituye un mtodo de preparar el agua para el

tratamiento secundario, y proteger as los elementos que lo conforman.

Por este tratamiento se separan o eliminan la mayora de los slidos suspendidos en lasaguas negras, o sea aproximadamente de 40 a 60% mediante el proceso fsico deasentamiento en tanques de sedimentacin. Se definen slidos suspendidos aquellosque estn en suspensin y que son perceptibles a simple vista; adems se divide en dospartes: slidos sedimentables y slidos coloidales. Los slidos sedimentables son laporcin de los slidos suspendidos cuyo tamao y peso es suficiente para que sesedimenten en un periodo determinado. En su mayora son sustancias inorgnicas y en

este tratamiento se logra el 100% de su remocin. Los slidos coloidales con la fraccinde los slidos suspendidos que no se eliminan fcilmente tenindose que recurrir atratamientos qumicos para lograr un alto porcentaje de remocin, son orgnicos en sumayora, cuando se agrupan ciertos productos qumicos en los tanques primarios, seeliminan con todos los slidos coloidales, as como los sedimentables en un total del 80a 90% de los slidos suspendidos.

El tratamiento primario se emplea como previo a un tratamiento biolgico, tiene como

funcin disminuir la carga en unidades de tratamiento biolgico y adems que eliminande un 25 a 40% de DBO.

Fosa sptica. Es un tanque de escurrimiento horizontal y continuo a travs del cualse dejan fluir aguas negras lentamente, permitiendo el asentamiento de la materia ensuspensin, la cual queda retenida hasta que sufre una descomposicin anaerobia, conla finalidad de que dicha materia en suspensin pase de un estado lquido a gaseoso.


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Marco Terico


Uno de los objetivos de las fosas spticas es la retencin de los lodos a un tiempo talque permita su licuefaccin parcial reduciendo al mnimo la dificultad de su evacuacin.

Por esta razn, es necesario que la capacidad de almacenamiento de lodos en una fosasptica sea mayor que la de un tanque de sedimentacin simple. Otro aspectoimportante, es que el gasto del lquido que entra debe ser igual al gasto del lquido quesale (flujo a gasto constante).

Las fosas spticas y los sedimentadores primarios se diferencian tambin en el perodode retencin y en la frecuencia de limpieza. Las fosas spticas tienen un perodo deretencin ms largo y la limpieza menos frecuente. Adems en las fosas spticas selogra una digestin anaerobia de los slidos sedimentados.

Algunas limitantes de este dispositivo son su poca capacidad de servicio y los grandestiempos de retencin (de 12 a 24 hrs), por lo que slo se emplea en forma individual enpoblaciones pequeas donde no hay alcantarillado; adems nos proporcionan aguabajo condiciones spticas lo que dificulta su tratamiento secundario.

Alcanza eficiencias de remocin de DBO (demanda Bioqumica de Oxgeno) hasta un

40%. Los coliformes fecales presentes en el agua son reducidos hasta un 90%, valorque no satisface la NOM-001-ECOL-1996 (1000 coliformes/100 ml).

Para el diseo de fosas spticas se dede dar un tiempo de retencin hidrulica () de unda para asegurar mayor sedimentacin de slidos suspendidos totales.

Las fosas spticas funcionan mejor cuando cuentan con dos cmaras. La primera

contendr 2/3 del volumen calculado y la segunda 1/3 restante.

El pozo de absorcin se disea con base a la prueba de Normalizacin de infiltracin,usualmente son de forma redonda.

El pozo de absorcin estar ubicado mnimo a 15 m de distancia medidaperpendicularmente a la tangente del cuerpo de agua ms cercano (CNA, 1998).


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Marco Terico


El volumen til del tanque sptico se determinar con la ecuacin:

En la tabla 7 se muestran las dimensiones de las fosas spticas.

Tabla 7. Dimensiones de las fosas spticas (tiempo entre cada limpieza 5 aos)

Personas servidas Capacidadde la fosa

(litros)

Dimensin (metros)

Domstico Escolar L L1 L2 B H H1 H2 A b c d e f

Hasta 5 Hasta 20 1,600 2.0 1.35 0.65 0.8 1.5 1.05 1.0 0.2 0.1 0.25 0.05 0.65 0.55

6 10 21 40 3,200 2.5 1.65 0.85 1.0 1.8 1.35 1.3 0.2 0.1 0.25 0.05 0.8 0.7

11 15 41 60 4,800 3.0 2.0 1.0 1.2 1.8 1.4 1.3 0.2 0.1 0.25 0.05 0.85 0.7

16 20 61 80 6,400 3.5 1.8 1.2 1.4 1.9 1.45 1.4 0.2 0.1 0.25 0.05 0.9 0.7

21 30 81 120 9,600 4.0 2.7 1.3 1.6 2.0 1.55 1.5 0.2 0.1 0.25 0.05 0.95 0.75

31 40 121 160 12,800 4.5 3.0 1.5 1.8 2.0 1.6 1.5 0.2 0.1 0.25 0.05 1.0 0.75

41 - 50 161 - 200 16,000 5.0 3.3 1.7 2.0 2.1 1.65 1.6 0.2 0.1 0.25 0.05 1.05 0.75

aoporyhabitanteporslidosdemenAportacin

da1ohoras24

aosenlimpieza,deTiempo

habitantesdeNmero

da-l/habenresidualaguadeAportacin

litrosomentilVolumen

:DONDE

3

3

0400

0400

.

TrN

H

A

V

HN.TrAHV


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Figura 2. Fosa sptica de 2 cmaras

Tanque Imhoff.-Tambin es llamado tanque de doble accin porque consta de doscmaras: la de sedimentacin y la de digestin. En la primera se encuentran las aguasque se clarifican al circular a baja velocidad, los slidos ah acumulados escurren a lasegunda cmara, donde se almacenan y se descomponen en forma anaerobia. En estetanque el problema es menos con las natas, ya que impide la mezcla de los slidos ylquidos en el proceso de depuracin de las aguas negras, adems se puede adaptar elefluente del tanque a un tratamiento superior. Al igual que la fosa sptica, el tanqueImhoff tiene problemas de generar gases con mal olor y se puede emplear en

poblaciones menores de 10,000 habitantes para los tanques rectangulares y los tanquescirculares en poblaciones menores de 5,000 habitantes.

Los tanques Imhoff slo se recomienda para sitios donde la temperatura promedio delmes ms fro no sea inferior a 10 C. A temperaturas ms fras, el tiempo de digestines muy grande (mayor de 120 das) y las dimensiones requeridas en el reactor, lohacen antieconmico. En la siguiente tabla 8 se muestran los valores de digestin en untanque Imhoff.

PLANTA

CORTE LONGITUDINAL


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Tabla 8. Volumen y tiempo de digestin en un tanque Imhoff

Temperatura promediodel mes ms fro

Volumen dedigestin (Vd)

Tiempo dedigestin (das)

10 C 90 90

15 C 83 45

20 C 76 30

La ecuacin para el volumen til es la siguiente:

El volumen del sedimentador, se obtiene con la siguiente ecuacin:

El volumen total til (VTU) es:

Sd

s

dd

VVTVTU

TrAV

NVVT

retencindeTiempoTrAportacinA

:DONDE

habitantesdeNmeroN

digestindeVolumenV

digestindetanquedelVolumenVT

:DONDE

d

d


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Sedimentador primario.-Son tanques cuya funcin principal consiste en separar losslidos sedimentables de las aguas negras mediante el proceso de sedimentacin. Los

slidos asentados se substraen continuamente por medio de purgas o desalojo de lasunidades de tratamiento para no dar tiempo a que se desarrolle la descomposicin conformacin de gases. De ah pasan los slidos a otras unidades, los slidos pueden irseacumulando por gravedad, en una tolva o embudo hacia el punto ms bajo del fondodel tanque, donde se bombea o se descarga por la accin de la presin hidrosttica.Estos tanques pueden ser rectangulares, circulares o cuadrados, para recolectar losslidos sedimentados de forma mecnica: son por medio de rastras de movimientolento que los empuje hacia el sistema de descarga.

Este tratamiento bsicamente constituye la sedimentacin, la cual se emplea para:

Remocin de arenas.

Remocin de slidos suspendidos (sedimentables) en sedimentadores primarios.

Remocin de humus en los sedimentadores secundarios de las plantas de filtrosrociadores.

Remocin de flculos biolgico en los sedimentadores secundarios de las plantas delos lodos activados.

Estos tanques pueden ser rectangulares, circulares o cuadradas, todos con el mismosprincipio (recolectar slidos sedimentados por medio de rastras con movimiento lento).

Estos estanques requieren de los siguientes elementos:

Dispositivo de entrada.- Deben disearse para dispersar la corriente dealimentacin, para que se difunda homogneamente el flujo por todo el tanque yevitar cortos circuitos, es decir, que el agua no salga sin clarificarse.

Deflectores.-Se encuentra generalmente a la entrada y a la salida del tanque, elprimero para difundir el flujo y el ltimo detiene el material flotante en el efluente.Los tanques de limpieza mecnica tienen generalmente un recolector de espumas,


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que da el mismo servicio que el deflector de salida que lleva la nata o espuma a undesnatador.

Vertedor de salida.- los hay para permitir que las aguas negras sedimentadassalgan de forma de pelcula delgada (flujo laminar) por la superficie del tanque ygeneralmente son ajustables.

Eficiencia.- en general, deben eliminarse cerca del 90 a 95% de slidossedimentables, o sea de un 40 a un 60% de slidos suspendidos totales y la DBO5debe disminuir entre un 25 y un 35%.

Los parmetros de diseo para un sedimentador primario los principales son lossiguientes:

Velocidad horizontal 8 mm/seg.

Dispositivos de entrada (vertedores, mamparas, canaletas vertedoras, canaletas conorificios el fondo, canaletas central vertedora, etc.).

Dispositivos de salida: canaletas vertedoras o perifricas.

Tiempo de retencin de 1.5 hrs. en general y mximo de 3 horas. Carga superficial: 25 a 50 m3/m2/da.

Profundidad mnima: 1.5 m., mxima: 4.5 m. en funcin del costo.

Dimensin de las unidades mecanizadas en funcin del equipo suministrado por elproveedor.

Especificaciones para la tolva de lodos (inclinacin paredes 60 45, dimetro detuberas de purga de lodos mnimo de 6, cargas sobre la tubera de purga mnima

de 1.5 m, velocidad de rastras de 0.5 1.0 cm/seg.). Ranura para el paso de lodos (tanque Imhoff) mnimo 0.15 m., preferible de 0.20.

Zonas neutras (tanque Imhoff) 0.45 m., debajo de la ranura para el paso del lodo.


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2.2.3. Tratamiento Secundario o Biolgico

Se usa principalmente para remover la DBO soluble y slidos suspendidos e incluye, porello, los procesos biolgicos.

Este tratamiento debe hacerse cuando las aguas negras todava contienen, despus deltratamiento primario, ms slidos orgnicos en suspensin o solucin que los quepuedan ser asimilados por las aguas receptoras sin oponerse a su uso normaladecuado.

En este tipo de tratamiento se emplean cultivos biolgicos para llevar acabo unadescomposicin aerbica u oxidacin del material orgnico, transformndolo encompuestos ms estables, logrndose un mayor grado de tratamiento que el que seobtiene por slo una sedimentacin primaria. La materia orgnica es el alimento de quese sustentan estos organismos y su eficiencia disminuye tanto por unasobrealimentacin como por una alimentacin deficiente.

Este tratamiento lo constituyen varios procesos, generalmente constituidos por lagunasde estabilizacin, filtros rociadores, zanjas de oxidacin, biodiscos, lodos activados ysedimentacin secundaria.

Filtros rociadores.- Los filtros rociadores son unidades de tratamiento secundariocuyo objetivo es estabilizar a la materia orgnica por medios biolgicos, a travs demicroorganismos aerobios, los cuales se encuentran adheridos en el lecho filtrante.

Los filtros rociadores tienen en generalmente una seccin circular y en su interior seencuentran piedras u otros materiales que constituyen el lecho filtrante. En la superficiede dichos materiales se desarrolla una capa en la cual se albergan crecimientosbiolgicos que oxidan a la materia orgnica presente en el agua residual. En el fondode la unidad es necesario instalar un colector para el efluente tratado.


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El agua a tratar o influente, es rociada por una tubera perforada que gira en la partesuperior (en forma horizontal). Esta agua circula por los huecos que hay entre el

material filtrante, alimentando la pelcula bacteriana con la materia orgnica quecontiene.

El movimiento de aire se realiza por efecto del gradiente de temperaturas, pero parapermitir que este flujo de aire sea correcto, deben dejarse ventilas en la parte inferiordel filtro y en algunos casos (cuando el filtro es muy profundo) es necesario inyectaraire para que ste llegue a todas las bacterias y puedan oxidar a la materia orgnicaadecuada.

Esta filtracin biolgica va precedida de una sedimentacin primaria y no requiere deuna recirculacin de lodos, pero el exceso de los mismos es arrastrado en el efluente,ya que las partculas biolgicas se desprenden continuamente, por lo que esaconsejable la instalacin de un sedimentador secundario para colectar este exceso delodos.

Los materiales empleados generalmente son basaltos, granito y piedra caliza triturados,

pero tambin se usa carbn duro, coque, ceniza, escoria de altos hornos, maderaresistente a la petrufaccin, materiales cermicos y plsticos.

Son unidades resistentes que no se daan por cargas violentas, distinguindose por laestabilidad de su funcionamiento y por ser capaces de resistir malos tratos. Latemperatura les afecta; por eso el clima fro abate la actividad biolgica del filtro. Estosfiltro ocupan grandes superficies y su construccin es muy costosa. Un filtro rociadortpico, consiste en tres partes a) el lecho o medio filtrante, b) un sistema recolector y c)

un mecanismo para distribuir uniformemente las aguas negras sobre la superficie delfiltro.

Tanques de sedimentacin secundarias.- La sedimentacin primaria y lasecundaria, con respecto a su forma, funcionamiento y caractersticas de operacin sonsemejantes, sin embargo, la sedimentacin secundaria se construye despus de lasunidades de tratamiento biolgicos, formando parte del tratamiento secundario. As los


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tanques de sedimentacin secundaria captan los lodos activados del tratamientobiolgico de depuracin bioqumica o biolgica.

La sedimentacin de partculas en los tanques, se lleva acabo por medio de la accin dela gravedad, evitando turbulencias en las aguas, por este motivo, para su proyecto sepuede usar las mismas frmulas que para sedimentacin primaria, variando solamentelo relativo a parmetros como el tiempo de retencin, entre otros.

La mayora de los sedimentadores se construyen para la separacin de partculasaglomerables, por lo tanto la eficiencia no solamente est en funcin de la cargasuperficial, sino tambin del tiempo de retencin.

Como los filtros rociadores solamente alteran las caractersticas de los slidos de lasaguas negras, pero no los eliminan, el efluente contiene slidos suspendidos quedeben ser eliminados antes de que se disponga de tal efluente por descargar en aguasreceptoras.

Para este propsito se usan tanques de sedimentacin secundaria o de asentamientofinal.

Algunas consideraciones que se deben tomar en cuenta en el diseo de este tipo desedimentador, son los parmetros de proyecto establecidos por la SAHOP, que acontinuacin se mencionan:

Velocidad de escurrimiento del agua residual en el sentido longitudinal menor o iguala 8 mm/seg.

El tiempo de retencin no debe ser largo, valores altos no benefician a lasedimentacin y pueden producir la putrefaccin del agua residual; de modogeneral, el tiempo de retencin es de 2 horas con un valor mximo de 3.

Carga superficial: 25 a 40 m3/m2/da.

Relacin de profundidad: 30 a 40 (mnimo 7).


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Relacin largo ancho: 4 a 20 (mnimo 3).

Profundidad: mnima 1.5 m. mxima 4.5 m. (tirante til de sedimentacin). Lo

anterior est en funcin del costo de la estructura.

Dimensin de las unidades mecanizadas: se hace en funcin del equipo suministradopor el proveedor.

Tolva de lodos.

Capacidad mnima de almacenamiento en caso de sobrecarga peridica 12horas.

Inclinacin de paredes de 60 como mnimo.

Tubera de remocin de lodos de dimetro no menor a 15 cm.

Carga hidrosttica mnima de 1.5 m.

Pendiente de la tubera del 3%.

Ancho de la base inferior de la tolva de lodos 0.9 m. o menor.

Pendiente del fondo de los sedimentadores mecanizados del 1% aproximadamente.

Descarga del fondo: por lo general se requiere un dimetro grande para que las

descargas se hagan en un tiempo razonable.

Rastras para la recoleccin de lodos y natas. En los tanques rectangulares es usualque se use un solo sistema para ambos fines y en los circulares es comn que estnseparados. La velocidad de las rastras se recomienda entre 30 y 60 cm/min.

Zanjas o canal de oxidacin.- Las zanjas de oxidacin inicialmente fueronconstruidas en Holanda y se utilizan para plantas grandes (hasta unos 500 lps) y sonuna variante de la aeracin extendida. Una ventaja de esta modalidad es que los lodosproducidos por el sistema estn altamente estabilizados, al haber sido digeridosaerbicamente en el proceso, por lo que no requieren tratamiento adicional, conexcepcin del secado, antes de su disposicin final.

En trminos generales, el proceso de aeracin extendida es recomendable por sufacilidad de operacin, por producir lodos mineralizados y por el gran volumen delreactor, que permite asimilar fluctuaciones en la carga hidrulica, y orgnica, que en unsistema convencional podra causar perturbaciones en el proceso biolgico.


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Biodiscos.- Los sistemas de biodiscos fueron desarrollados por primera vez enAlemania, en el ao de 1960 y poco despus fueron introducidos a los Estados Unidos.

Este sistema utilizado como tratamiento biolgico en condiciones aerobias, cuyoobjetivo principal es la estabilizacin de la materia orgnica presente en el aguaresidual, con la ayuda de microorganismos.

Los discos son de diferentes configuraciones y diferentes corrugaciones en susuperficie, obtenindose un mejor rendimiento en el proceso con un sistema desuperficies planas y corrugadas en forma alterna.

En cada eje se disponen los discos espaciados a una muy corta distancia, conteniendoperforaciones para permitir el paso del agua y de oxigeno. El eje se encuentra colocadoen un tanque de concreto por el cual circulan las aguas residuales.

Laguna de estabilizacin.- Las lagunas de estabilizacin se pueden usar casi encualquier parte, variando la velocidad a que pueden operarse, con la temperatura, laenerga luminosa y otras condiciones locales.

El proceso de la descomposicin de la materia orgnica que hay en las aguas negras severifica en dos etapas. La materia carbonosa de las aguas negras es primerodesintegrada por los organismos aerobios, con formacin de bixido de carbono, el cuales utilizado por las algas en su fotosntesis. En este proceso, el oxgeno del bixido decarbono es liberado y se disuelve en lquido en el que crecen las algas. La materiaorgnica de las aguas negras es convertida en algas y las aguas reciben oxgeno para

mantener la descomposicin aerobia. Los slidos de las aguas negras entran alestanque en un estado altamente putrescible y salen en forma de clulas de algas muyestable, las cuales dentro de ciertos lmites pueden descargarse a las aguas receptorassin causar efectos.

Las lagunas facultativas pueden usarse como un tratamiento completo cuando recibenaguas negras crudas, o como un tratamiento secundario para aguas negrassedimentadas, o tambin como tratamiento adicional para efluentes de procesos


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Anl

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Analisis Comparativo de Criterios de Diseno