TEMA 04 TCC PDF

Preview

Summary

Download TEMA 04 TCC PDF

Description

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin

T.04 – Tratamientos físicos y químicos de aguas 1. Esquema de estación de tratamiento de agua potable (ETAP):

Producida por sólidos de pequeño tamaño

Es la combinación de operaciones unitarias físicas y procesos químicos cuyo objetivo es el suministro de agua potable, divididos en tres etapas cuyos procesos son:     

Desbaste: eliminar sólidos. Preoxidación: eliminar sustancias fácilmente oxidables. Coagulación‐floculación: eliminar materia coloidal. Decantación y filtración: eliminar los coloides coagulados y sólidos en suspensión. Desinfección: control de microorganismos patógenos.

2. Procesos de tratamiento en potabilización: Pretratamiento:

Desbaste: eliminar contaminantes de gran tamaño. Posee un sistema de limpieza bien manual, o buen mecánico (más habitual). Su diseño más típico es la conjunción de rejas gruesas y rejas finas. Sus residuos se gestionan dependiendo de la naturaleza (previo análisis), como un vertido o a la digestión anaerobia en las EDAR. La clasificación según tamaño abertura de sus componentes es: Rejas: conjunto de barrotes de acero uniformemente distribuidos a lo ancho del canal de entrada de agua para protección equipos en planta (bombas, válvulas, etc.). 1

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin  Rejas gruesas: abertura 5‐10 cm.  Rejas finas: abertura 1’5‐2 cm. Tamices: equipos con aberturas de 1 a 5 mm  no frecuentes en ETAP, sino en el pretratamiento de la EDAR Aireación: recomendable en el caso de agua subterránea para aumentar la cantidad de oxígeno disuelto. Los equipos que se usan son tanques agitados o por contacto en contracorriente de agua y aire. Preoxidación: eliminación de sustancias que originan mal olor y sabor. El agua se pone en contacto en contracorriente agua/aire con una dosificación de un reactivo en una zona turbulenta. Los productos que se buscan preoxidar son:     

Fe(II) y Mn(II) para posterior eliminación por precipitación. Materia orgánica. Amoníaco y nitritos para convertirlos en nitratos. Sulfuros a sulfatos. Microorganismos: evitar su desarrollo a lo largo del proceso.

Cuando éstos se oxidan por los agentes químicos, forman un precipitado que se quita por fango. Los agentes químicos más usado son el cloro (Cl2 o ClO-) y el permanganato potásico (KMnO4). Clarificación: eliminación de la turbidez (y el color) causada por la materia en suspensión y coloidal.

Materia coloidal (10-1-10-3 µm): partículas de pequeño tamaño que no sedimentan por proceso físico. Están estabilizadas por presentar cargas superficiales electrostáticas (adsorción de iones) que originan fuerzas de repulsión entre ellas. Muy estabilizadas en la disolución debido a que están cargadas con el mismo signo negativo, por lo que se repelen (fuerzas de repulsión) y no se unen para aumentar de tamaño, mientras que la disolución o el agua tiene carga catiónica o positiva. Coagulación/floculación: proceso de agregación de materia coloidal para que aumente su velocidad de sedimentación. Coagulación: proceso químico de desestabilización de fuerzas repulsivas de coloides mediante la adición de un coagulante. De forma adicional, el coagulante añadido puede ocasionar la formación de precipitados químicos (Fe(OH)3). Los coagulantes más típicos son FeCl3, Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3, Ca(OH)2. 2

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin También suele adicionarse un coadjuvante o floculante, como por ejemplo el polielectrolito (polímero orgánico de elevada viscosidad). Se usan puntos de turbulencias o tanques agitados de mezcla rápida. Los mecanismos de coagulación son:  Neutralización de carga: el coagulante (catión trivalente) al solubilizarse en agua libera iones hidratados positivos con la suficiente densidad de carga para atraer a las partículas coloidales y neutralizar su carga  más habitual.  Inmersión en un precipitado o flóculo de barrido: los coagulantes forman en el agua hidróxidos que precipitan. Las partículas coloidales sirven como núcleo de precipitación quedando inmersas dentro del precipitado.

Floculación: proceso físico en el que se produce la aglomeración de partículas desestabilizadas como resultado de colisiones entre ellas por un proceso de mezcla a velocidades suaves, de ahí que el proceso tenga lugar en una cámara de floculación equipada con agitación suave. El poliectrolito (polímero orgánico) posee grupos funcionales que interaccionan con los centros activos de las partículas coloidales (pero no con todos).

Una dosificación elevada de polímeros produce una saturación de las superficies coloidales y no dejan disponibles centros activos para la formación de puentes entre partículas.

La adición tanto de floculante como coagulante debe estar ensayado previamente = ensayo de JAR-TEST: 3

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin  Determinación experimental (ensayo JAR‐TEST): o Dosis de reactivo/s: coagulantes y polielectrolitos. o pH óptimo: para Al+3 entre 6‐7’4 y para Fe+3 mayor de 5. o Mezcla rápida (< 1 minuto) a mucha velocidad.  Determinación de la velocidad de agitación y tiempo de contacto que optimizan el proceso de floculación: o Velocidad de agitación: 10‐30 rpm. o Tiempo de contacto = 20 – 30 min. A partir de la velocidad de agitación, se determina el gradiente medio de velocidad, G (20‐75 s‐1). Decantación: consiste en separar por acción de la gravedad las partículas suspendidas cuya densidad es mayor que la del líquido. Es de gran importancia el reparto del agua bruta y la recogida del agua decantada, así como la operación de purga o extracción de lodos. Los períodos de purga son intermitentes y dependen fundamentalmente de la carga original del agua bruta y de la correspondiente dosificación de reactivos. Los tipos de decantadores en ETAP son: 

Decantador estático: claramente separada la zona de coagulación y floculación de la sedimentación. No hay masa de lodos en el sentido de movimiento. Los lodos depositados en el fondo de estos decantadores, son arrastrados por un sistema de rasquetas a las zonas de evacuación, o bien se extraen directamente a través de un sistema de fosas de recogida repartido por toda la superficie del fondo del decantador. El agua es conducida por canaletas o vertederos situados en el extremo opuesto a la entrada del agua floculada. El fango se recoge por la parte inferior en la que se instalan rasquetas, que los arrastra y los dijere hasta la apertura de extracción.  Decantador por contacto de fangos o dinámico: contacto continuo entre el agua floculada y los fangos, con el fin de acelerar y mejorar la floculación.  Decantador de contacto de fango, tipo ACELERATOR: el agua de entrada se pone en contacto con parte de los fangos en la zona de reacción para aumentar el tamaño de los flóculos. El agua se escapa a la zona de decantación hasta salir a la superficie del decantador.

4

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin El fango decanta por gravedad en el recorrido que sigue el agua. Se extrae por purgas en la parte inferior en la que se instalan rasquetas. Para favorecer el proceso, se instala un agitador mecánico (hélice o turbina) en la zona de reacción.

 Decantador de lecho de fangos, tipo PULSATOR: sedimentación floculada acelerada por la entrada de un fuerte caudal de agua en la manta de fango seguido de un período de reposo. El llenado, descarga y paso del agua por el lecho de fangos se produce de forma intermitente (pulsos) mediante la creación y rotura de un vacío en el canal de entrada de agua. El agua clarificada se recoge por la parte superior mediante canaletas. El fango se recoge en unos canales laterales del fondo, de donde es extraído.

Filtración: hacer pasar un líquido que contiene materiales en suspensión a través de un medio poroso que permite el paso del líquido pero no de las partículas, quedando retenidas las partículas que no han sedimentado en el decantador. Filtro de arena:

5

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin Filtro de doble capa: más sofisticada por el doble lecho = de arena-antracita o arena-carbón activado (carácter absorbente de compuestos orgánicos)  materiales con diferentes densidades y granulometría.

Desinfección: destrucción selectiva de los microorganismos patógenos (causantes de enfermedades): bacterias, virus, quistes amebianos y otros parásitos.

Se da también cuando se usa para reutilización o en industria alimentaria. Agentes desinfectantes:  Elevada capacidad de destrucción de microorganismos.  Inocuo y no producir olor ni sabor desagradable.  Debe permanecer en el agua para que los microorganismos no vuelvan a crecer  Rapidez de actuación.  Fácil manipulación y almacenamiento.  Bajo precio. Métodos: Cloración: Reactivos químicos:

6

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin

El cloro está combinado con sustancias orgánicas. Dosis necesaria de cloro y curva de cloración: la acción desinfectante del cloro se consigue adicionando cloro en exceso, de forma que permita satisfacer la demanda de cloro del agua y tener cloro residual libre que destruya los microorganismos patógenos. Dosis de cloro= Demanda de cloro+ cloro libre residual  Demanda de cloro de un agua: cantidad de cloro que reacciona con las sustancias presentes en un agua susceptibles de ser cloradas u oxidadas.  Cloro libre residual: cantidad de cloro en forma activa (cloro molecular, hipoclorito, hipocloroso) que permanece en el agua, tras reaccionar con las sustancias susceptibles de demandar cloro.  Cloro combinado residual: cantidad de cloro en el agua que está combinado químicamente con el amoníaco (cloraminas) y con compuestos aminados orgánicos (cloraminas orgánicas). Tienen acción desinfectante pero menos que el cloro libre. Curva de cloración de un agua: me dice la cantidad que tengo que añadir al agua:

 De cero a A: el cloro oxida sustancias reduciéndose = no tengo cloro libre.  De A a B: hay un cloro que se combina con amoniaco y sustancias orgánicas hasta que vuelve a bajar porque ha cambiado la tendencia porque destruye las sustancias que había creado.

7

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin  Las va destruyendo hasta llegar al break point que es la dosis de cloro a partir de la cual todo el cloro que adiciono es cloro residual libre  el combinado se queda bajo la ralla. Incovenientes: formación de subproductos por reacción de la materia orgánica con el cloro.  Trihalometanos: sustancias halogenadas volátiles derivadas del metano. Algunos con potencial cancerígeno. Los más importantes son cloroformo(CHCl3), bromodiclorometano (CHBrCl2), dibromoclorometano (CHBr2Cl). Limitados por legislación.  Precursores de halometanos: sustancias húmicas  Otros: clorofenoles (derivados de comp. fenólicos) o halocetonas, haloacetonitrilos, etc. Alternativas:  Cloración tras filtración sobre carbón activado para eliminar materia orgánica.  Control del pH para minimizar formación de compuestos orgánicos clorados.  Utilización desinfectante alternativo: Ozono y/o UV. UV: sistema generalizado en aguas residuales  su eficacia depende de la cantidad de SS (SS pueden absorber UV). Objetivo: transferencia de energía electromagnética desde una fuente (lámpara) hasta el material celular de un organismo, provocando incapacidad en la replicación del microorganismo. Sistema:  Tanques abiertos.  Módulos de lámparas de mercurio a baja presión (λ = 200 ‐ 390 nm). Ventajas  No generan subproductos tóxicos.  Muy efectivo contra virus. Aplicación en potabilización: al no poseer acción desinfectante posterior, es necesario realizar una cloración posterior para mantener poder desinfectante en la red de suministro. Ozonización: enérgico agente oxidante. Provoca la desintegración de la pared celular y por tanto su muerte. Se genera mediante la aplicación voltaje elevado entre dos placas en presencia de un gas que contenga oxígeno.

8

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin No permanece ningún compuesto residual tras el tratamiento No persiste en el agua, pues se realiza una cloración residual posterior en potabilización. Ha de generarse in situ.

Aplicaciones:  Potabilización.  Desinfección aguas residuales.  Desinfección aguas industriales.

3. Esquema de estación depuradora de aguas residuales: Combinación de operaciones unitarias físicas, procesos químicos y procesos biológicos. Su objetivo es mejorar la calidad del agua.

Línea de agua: Pretratamiento: eliminar sólidos de gran tamaño en suspensión y el contaminante asociado a ese sólido. Protección de la instalación. Tratamiento primario: eliminar sólidos en suspensión (y contaminantes asociados). Tratamiento secundario: eliminar materia orgánica biodegradable por procesos biológicos. Tratamiento terciario: eliminar patógenos cuando se va a reutilizar agua residual depurada. Línea de fango: estabilizar fango  reciclado (compost) o vertido. Se deshidrata para reducir su volumen y su masa. Materia orgánica del primario y organismos que han crecido para eliminar la materia orgánica del secundario  el resultado es un fango estabilizado y se estudia cuál será su destino.

9

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin

pretratamiento

anaerobio La línea color marrón es la línea de fangos

4. Pretratamiento y tratamiento primario en depuración de aguas residuales:

Desbaste: Objetivo: eliminar contaminantes de gran tamaño  obligatorio en aguas residuales urbanas: rejas gruesas + finas. Opcional – Tamices: muy recomendables:  Tamaño de abertura: 0’02 a 0’6 mm.  Eliminan sólidos en suspensión (y contaminantes asociados).  Eficacia depende del tamaño de abertura diseño para eliminar 20 al 35% de SS y materia orgánica en suspensión.  Clasificación: o Tamices autolimpiantes. o Tamices móviles: rotativos, de peldaños. Desarenado‐desengradado: una EDAR peque sólo necesita un desarenador, una más grande también el desengrasado. Objetivo: eliminar gravas y arenas: protección posterior de equipos en EDAR urbanas. Se instalan tras las bombas de elevación de agua. Las gravas y arenas (de elevada densidad y tamaño) sedimentan de forma discreta, sin interacción entre ellas  ensanches en el canal producen que la velocidad de las partículas disminuye y sedimentan. Clasificación:  Desarenador de flujo horizontal: pequeñas EDAR. 10

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin  Desarenador aireado: dimensiones mínimas para garantizar su funcionamiento. Variando el caudal de aire: se controla el avance del agua y, por tanto, el tamaño de partículas que sedimentan. Eliminación de grasas si tiempo de residencia > 15 min.

al ser aireado, la grasa sube hacia arriba y se retira

Tanque de homogenización: evita los problemas originados por las variaciones de calidad y caudal de entrada a una EDAR. La homogeneización es amortiguar las variaciones de caudal y calidad. Se localiza en la EDAR entre el desarenador y el decantador primario.

Tratamiento físico‐químico: Objetivo: opcional en EDAR de aguas residuales urbanas. Tratamiento principal en aguas residuales industriales tipo cerámico, minería, metal‐mecánico, pinturas, entre otras. Se instala previo a la sedimentación primaria. Procesos de coagulación‐floculación:  Eliminar materia coloidal.  Mejora el rendimiento en eliminación de materia orgánica del tratamiento primario. Procesos de precipitación química: añadir para formar el precipitado:  Eliminar metales pesados: Ca(OH)2, Na(OH), pH>8.5.  Eliminar fosfatos (PO42‐): Al2(SO4)3, Ca(OH)2, pH=11.  Etapa de neutralización posterior necesaria.

11

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin Esquemas con tratamiento físico-químico: Tratamiento físico-químico integral:

No hay proceso biológico  no suele ser normal, se usa en el caso de aguas residuales industriales con características particulares. Es más fácil que el biológico por la necesidad de bacterias vivas  es más caro por el consumo de reactivos, la cantidad de fangos producida es mayor y tienen muchos reactivos químicos, por lo que no van a poder ser reutilizados. Ventajas:  Menor complejidad en depuración. No organismos vivos.  Rapidez en el tratamiento. Cortos tiempos de retención y pocos problemas de paradas y reinicios en el proceso.  Eliminación efectiva de fósforo. Inconvenientes:  Coste del consumo de reactivos. Mayor volumen de producción fango.  Fango de naturaleza química que impide aprovechamiento agrícola del fango. Tratamiento físico-químico previo:

Tenemos procesos físico-químicos y biológicos  usado en aguas residuales urbanas con componentes industriales al tener partículas más fina. Esquema flexible para evitar el contaminante no llegue al biológico  consumo de reactivos y más fangos con aditivos = problemas químicos también en la digestión. Ventajas:  Esquema flexible para acomodarse a cambios de caudal o toxicidad del agua residual.  Elevada eliminación de fósforo. 12

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin Inconvenientes:  Coste del consumo de reactivos. Mayor volumen de producción fango.  Fango de naturaleza química que impide su digestión biológica y aprovechamiento agrícola posterior. Sedimentación primaria: consiste en separar por acción de la gravedad parte de la materia en suspensión (y su contaminación orgánica y de nutrientes asociada) que lleva el agua residual. Para ello, se reduce la velocidad de paso de agua en un tanque de sedimentación. Se consiguen eliminar entre el 60‐65% de los SS y una reducción moderada de la DBO (25‐40%). Debido a la concentración de partículas, se produce una sedimentación de tipo floculada: las partículas se unen formando flóculos. Tipos de decantadores:  Circulares: al dejar caer el agua es cuando disminuye la velocidad de las partículas. o Alimentación central con deflectores para distribuir el flujo en todas direcciones. o Efluente se recoge en vertederos periféricos. o Extracción de fangos por rasquetas de fondo o por succión de forma continua.

13

Tecnologías para el Control de la Contaminación Bloque 1: Tratamiento de aguas y depuración de aguas residuales Unybook: Egarciamarin

≤

o carga hidráulica

Criterios de diseño para decantador primario Eliminación de SS: dependen del tiempo de residencia:

Datos típicos para aguas residuales urbanas (a 20ºC) A menor temperatura, como consecuencia del aumento de viscosidad se retarda la sedimentación. Producción de fango:  Caudal depende de la concentración.  Datos típicos: 3‐ 5% (equivale a 30.000 ‐ 50.000 mg/L).  Rectangulares (en desuso).  Lamelares.

14...