INGENIERIA DE AGUAS RESIDUALES TRATAMIENTO, VERTIDO Y REUTILIZACION Volumen II Metcalf y Eddie PDF

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INGENIERIA DE AGUAS RESIDUALES TRATAMIENTO, VERTIDO Y REUTILIZACION Volumen II INGENIERIA DE AGUAS RESIDUALES TRATAMIENTO, VERTIDO Y REUTILIZACION (TERCERA EDICION) Volumen II METCALF & EDDY, INC. Revisado por GEORGE TCHOBANOGLOUS Catedrático de Ingeniería Civil y Ambiental Universidad de Calif...

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INGENIERIA DE AGUAS RESIDUALES TRATAMIENTO, VERTIDO Y REUTILIZACION Volumen II

INGENIERIA DE AGUAS RESIDUALES TRATAMIENTO, VERTIDO Y REUTILIZACION (TERCERA EDICION)

Volumen II METCALF & EDDY, INC. Revisado por GEORGE TCHOBANOGLOUS Catedrático de Ingeniería Civil y Ambiental Universidad de California. Davies

FRANKLIN L. BURTON Vicepresidente jubüado de Métcalf & Eddy Inc.

Traducción y revisión técnica JUAN DE DIOS TRILLO MONTSORIU IAN HOLLO FOX Departamento de Ingeniería de Procesos Asesoría Técnica y Control, S. A. (A.T.C.)

Prólogo de

ANGEL CAJIGAS Subdirector General de calidad de las aguas (MOPTMA)

McGraw-Hill MADRID • BUENOS AIRES • CARACAS « GUATEMALA * LISBOA • MEXICO NUEVA YORK • PANAMÁ • SAN JUAN • SANTAFÉ DE BOGOTÁ * SANTIAGO • SAO PAULO AUCKLAND • HAMBURGO • LONDRES • MILÁN • MONTREAL * NUEVA DELHI • PARÍS SAN FRANCISCO • SIDNEY • S1NGAPUR - ST. LOUIS - TOKIO • TORONTO

INGENIERIA DE AGUAS RESIDUALES. TRATAMIENTO, VERTIDO Y REUTILIZACION No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento informático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright. DERECHOS RESERVADOS © 1995, respecto a la primera edición en español por McGRAW-HHX/INTERAMERICANA DE ESPAÑA, S. A. Edificio Valrealty, 1.* planta Basauri, 17 28023 Aravaca (Madrid) Traducido de la tercera edición en inglés de WASTEWATER ENGINEER1NG. Treatment, Disposal Rense Copyright © MCMXCI, por McGraw-Hill, Inc. ISBN: 0-07-041690-7 ISBN: 84-481-1606-2 (Vol. II) ISBN: 84-481-1612-7 (Obra completa) Depósito legal: M. 26.848-1996 Editor: Antonio García Brage Cubierta: Estudio F, Piñuela Compuesto en Fernández Ciudad, S. L. Impreso por: Impresos y Revistas, S. A. (IMPRESA) IMPRESO EN ESPAÑA - PRINTED IN SPAIN

Contenido

VOLUM EN I Prólogo a la edición española ............................. Sobre los autores principales .......................................................................................... Introducción

......................................

Agradecimientos

Capítulo 1 1.1 1.2 “ 1.3 1.4 1.5 1.6

..............

xiii xv xvii xxi

Ingeniería sanitaria: una panorámica ....................................................

1

T ratam iento de aguas residuales ........................................................................ Vertido y reutilización de fangos ........................................................................ Recuperación y reutilización de aguas residuales ......................................... Evacuación de efluentes ................ .'. El papel del ingeniero ....................... \ Referencias bibliográficas .................

2 9 11 12 13 15

Capítulo 2

Caudales de aguas residuales ................................................................

17

2.1 Com posición de los caudales de aguas residuales ' . .......................... 2.2 Estim ación de los caudales de aguas residuales a p artir de los datos de abastecimiento de agua .............. 2.3 Origen y caudales de las aguas residuales .......................................................

18 18 29 V

vi

2.4 2.5 2.6 2.7

CONTENIDO

Análisis de los datos de caudales de aguas residuales ................................... Reducción de los caudales de aguas residuales ..................................... Temas de debate y problem as ............................................................................ Referencias bibliográficas ......................................................................................

Capítulo 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8

Características físicas, químicas y biológicas delagua residual ................... Características físicas: definición y utilidad ..................................................... Características químicas: definición y aplicación.............................................. Características biológicas: definición y aplicación ......................................... Composición de las aguas residuales ................................................................. Estudios de caracterización delagua residual .................................................. Temas de debate y problem as ................... Referencias bibliográficas ......................................................................................

Capítulo 4

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8

5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

53 59 73 103 124 127 130 135

137

Reglamentos y objetivos del tratam iento del agua residual ......................... Clasificación de los m étodos de tratam iento de las aguas residuales . . . . Aplicación de los m étodos de tratam iento ....................................................... Elección de los diagram as de flujo de procesos y tratam ientos ................. Im plantación de los program as de gestión de las aguas residuales .......... Financiación ............................................................................................................. Temas de debate y problem as ............................................................................ Referencias bibliográficas ................................................

137 141 143 147 157 162 165 166

Introducción al proyecto de plantas de tratamiento de agua residual.

169

Im pacto de los caudales y cargas contam inantes sobre elproyecto de las plantas de tratam iento .......................................................................................... Evaluación y determ inación de los caudales de proyecto............................. Evaluación y determ inación de las cargas contam inantes de proyecto . . Elección de los procesos de tratam iento ........................................................ Elementos del diseño conceptual de procesos ....................................... Temas de debate y problem as ........................................................................... Referencias bibliográficas ..............................................................................

170 170 177 191 208 218 220

Capítulo 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6

53

Objetivos, métodos y consideraciones sobre el proyecto del trata­ miento de las aguas residuales ..............................................................

Capítulo 5 5.1

Características de las aguas residuales .................

41 46 49 51

Operaciones físicas unitarias ..................................................................

221

M edición de .caudales .................................................................... D esbaste ...................................................... Hom ogeneización de caudales .......................................................................... M ezclado ............................................................................................................... Sedimentación ........................................................................................................ Sedimentación acelerada ......................................................................................

224 228 232 242 251 275

CONTENIDO

6.7 6.8 6.9 6.10

VÜ

Flotación ............................................ : Filtración en medio granular i.................... Transferencia de gases ..................... .............................. v .................. 314 Volatilización y arrastre de compuestos orgánicos volátiles (COVs) en las instalaciones de tratam iento de las aguas residuales ................................ 6.11 Temas de debate y problem as ................... : .................................................... 6.12 Referencias bibliográficas ..........................

277 283

Capítulo 7

...........................................................

343

Precipitación quím ica ............................................... Adsorción ............................. -.............................. Desinfección . . .................................................................................................... Desinfección con cloro ...................................... D ecloración ............................ Desinfección con dióxido de cloro .......................... Desinfección con cloruro de brom o . i................................................ Desinfección con ozono . .A ............................................... Desinfección con rayos ultravioletas .................................................•............. O tras aplicaciones químicas ................. \ ......................... i .............. Temas de debate y problem as ..................................... . Referencias bibliográficas . ...................................................................

345 358 369 377 390 393 394 397 399 401 4GS 406

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10 7.11 7.12

Capítulo 8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 8.11 8.12 8.13 8.14

Procesos químicos unitarios

327 334 340

Procesos biológicos unitarios.....................................................................

409

Panorám ica general del tratam iento biológico del agua residual ............... Introducción al m etabolism o m icrobiano .................. M icroorganism os im portantes en el tratam iento biológico del agua re­ sidual ...................................................................................................................... Crecimiento bacteriano ........................................................................................ Cinética del crecimiento biológico ................................................................... Procesos biológicos de tratam iento............................ Procesos de tratam iento aerobio de cultivo en suspensión ......................... Procesos aerobios de tratam iento de cultivo fijo ........................................... Procesos de tratam iento anaerobios de cultivos en suspensión ................ Procesos anaerobios de tratam iento de cultivo fijo ............................... Elim inación biológica-de nutrientes ................................................................. Procesos de tratam iento p o r lagunaje (estanques) ....................................... Temas de debate y problem as .......................................................................... Referencias bibliográficas ....................................................................................

409 410 415 418 421 430 436 459 478 488 489 494 500 504

V O L U M E N II Capítulo 9

9.1 9.2

Proyecto de instalaciones para el tratamiento físico y químico del agua residual ..............

Rejas de barras y tamices .............................................................. Dilaceración .....................................

507 507 517

v iii

CONTENIDO

9.3 9.4 9.5

Eliminación de arenas . ................................................... Hom ogeneización y regulación cjel caudal ..................................................... O tras operaciones de'pretratam ien to .............................................................

9.6

Tanques de decantación primaria ..............................................................

9.7 9.8 9.9 9.10 9.11 9.12 9.13

O tras unidades y operacio-nós'- p ara la eliminación de sólidos ................. Precipitación química . . . . . . . : ....................................................................... Desinfección con cdmpuestos de cloro ............................................................ O tros sistemas de desinfección ................ .......................................................................... Postaireación . . . . . ; , C ontrol de olores . ... . . . . C ontrol de las emisiones de COYs en las instalaciones de tratam iento de aguas residuales 9.14 Temas de debate y| problem as.. ;....................................................... 9.15 Referencias bibliográficas j .........................

520 533 537

538 553 555 563 577 580 584 591 598 600

i Capítulo 10

Proyecto de instalaciones para el tratamiento biológico del agua residual . y................................................................................... í. • | _10T El proceso de-Táñgos activados ........................................................................ 10.2 Selección y diseño; de las instalaciones físicaspara el proceso de fangos activados . . . . .‘7 . '....................;....................................................., .................. 10.3 Diseño del procesp de ¿fangos activados .................................................... 10.4 Lagunás aireadas . . . . . . . . . . . j............................................................................................................... 10.5 Filtros percoladores .............................................................. 10.6 Contactores biológicos rotativos (RBCs) ............ 10.7 Procesos com binados de tratam iento aerobio ........................................... 10.8 Estanques de estabilización ............................................................................... ................................................................. 10.9 Temas de debate y problem as 10.10 Referencias bibliográficas ....................................., .........................................

Capítulo 11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 11.10 11.11 11.12 11.13 11.14 11.15

Tratamiento avanzado del agua residual ...........................................

Necesidad del tratam iento avanzado de las aguas residuales ................... Tecnologías empleadas en el tratamiento avanzado de las aguas residuales. Eliminación de los sólidos suspendidos residuales mediante filtración en medio granular ................................................................ Eliminación de sólidos suspendidos residuales por m icrotam izado . . . Control de nutrientes .......................................................................................... Conversión del amoníaco p o r nitrificación biológica .................................. Eliminación del nitrógeno p o r nitrificación/desnitrificación biológica . . Eliminación biológica del fósforo ..................................................................... Eliminación conjunta de nitrógeno y fósforo mediante procesos biológicos. Eliminación de nitrógeno m ediante procesos físicos y químicos ............ Eliminación del fósforo p o r adición química ................................................ Eliminación de compuestos tóxicos y compuestos orgánicos refractarios. Eliminación de sustancias inorgánicas disueltas ................................ Temas de debate y problem as ...................................................................... Referencias bibliográficas ...................................................................................

603 605 633 673 687 698 714 723 729 745 750

753 754 756

782 784 788 806 823 828 834. 839 850 856 860' 862

CONTENIDO

¡X

Diseño de instalaciones para el tratam iento y vertido del fango . . .

865

Procedencia, cantidad y características del fango ..................................... N orm ativa p ara el vertido y reutilización de fangos .............................. D iagram as de procesos de tratam iento del fango ........................... Bombeo de fangos y espum as ......................................................................... O peraciones de pretratam iento ....................................................................... Espesado (concentración) ................................................................................ Estabilización .............................................. D igestión anaerobia del fango ....................................................................... D igestión aerobia del fango ........................................................................... C om postaje .......................................................................................................... Acondicionam iento ............................................................... Desinfección ........................................................................................................ D eshidratación ................................................................................................... Secado térm ico ................................................................................................... Reducción térm ica ............................................................................................ Realización de balances de m asas de sólidos ............................................. Aplicación del fango al suelo ......................................................................... O tros usos beneficiosos del fango .................................................................. Transporte, alm acenam iento y vertido del fango ........... Temas de debate y problem as ....................................................................... Referencias bibliográficas ................................................................................

867 879 879 885 899 905 916 920 944 953 961 967 969 992 997 1009 1022 1036 1037 1043 1047

Capítulo 12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9 12.10 12.11 12.12 12.13 12.14 12.15 12.16 12.17 12.18 12.19 12.20 12.21

Capítulo 13 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.9

...........................................

1051

D esarrollo de los sistemas de tratam iento natural............ ............................. Consideraciones fundamentales en la aplicación de los sistemas de tra ta ­ miento natural ...................................................................................................... Sistemas de baja carga ........................ Sistemas de infiltración rápida .......................................................................... Sistemas de riego superficial ............................................................................... Terrenos pantanosos artificiales ........................................................................ Sistemas de tratam iento de plantas acuáticas flotantes ............................. Temas de debate y problem as ......................................................................... Referencias bibliográficas ...................................................................................

1052

Capítulo 14 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7

Sistemas de tratam iento n atu rales

1063 1071 1095 1113 1125 1137 1149 1150

Sistemas de tratam iento para pequeñas comunidades ...................

1153

Problem as específicos asociados a las pequeñas com unidades .............. Caudales y características de las aguas residuales‘de pequeñas com uni­ dades ...................................................................................................................... Tipología de los sistemas de tratam iento y vertido de aguas residuales de pequeñas dimensiones ........................................................................................ Sistemas individuales p a ra viviendas ...