Propuesta de intervención de la planta de tratamiento de agua residual de la UCLV

Resumen. En presente trabajo de Diploma se realiza un estudio de la Planta de Tratamiento de aguas residuales (PTAR) de la Universidad Central de las Villas (UCLV) con el objetivo de proponer una solución en funcionamiento del hombre. Se consulta la bibliografía internacional y nacional respecto al tema de manera tal que la solución planteada sea factible desde el punto de vista técnico y económico. De manera general se estudia las características de las aguas residuales, los sistemas de tratamiento y las metodologías dediseño de las mismas. En una segunda etapa del trabajo se hace un levantamiento de la planta de laUCLV evaluando las patologías y el grado de funcionalidad. Finalmente se propone un diseño de una PTAR enla zona que ocupa la planta y aunque no resulta factible aprovechar todas las instalaciones existentes se aprovecha el área. Este trabajo permite a los inversionistas de la UCLV decidir la posible reconstrucción de la PTAR y los volúmenes de trabajonecesarios a revisar.

Introducción.

Introducción. En el mundo de hoy la población ha crecido de tal manera que la contaminación del ambiente preocupa al mundo entero, ese crecimiento de la población a traído problemas de contaminación ocasionado por el vertimiento de aguas residuales. Hoy en día el tratamiento de aguas residuales por métodos naturales se presenta como una opción sostenible para las pequeñas y medianas poblaciones dada su alta eficiencia, bajos costos de operación, mantenimiento y facilidad de construcción. Donde el tratamiento de aguas residuales, es un proceso de tratamiento que incorpora transformaciones físicas, químicas y biológicas, con el objeto de tratar y remover los contaminantes físicos, químicos y biológicos del agua, efluente del uso humano. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia o reutilizable en el ambiente y un residuo sólido ofango que puede utilizarse para diversos y diferentes propósitos. Las aguas residuales están constituidas fundamentalmente por las aguas de abastecimiento después de haber pasado por las diversas actividades o usos por parte de la población y son generadas por residencias, instituciones y locales comerciales e industriales. Esto puede ser tratado dentro del sitio en el cual es generado o recogido y llevado mediante una red de tuberías y eventualmente bombas a una planta de tratamiento local. Los esfuerzos para colectar y tratar las aguas residuales delas descargas están típicamente sujetos a regulaciones y estándares locales, estatales y federales (regulaciones, controles, normativas). Típicamente, el tratamiento de aguas residuales comienza por la separación física inicial de sólidos grandes (basura) de la corriente de aguas domésticas o industriales empleando un sistema de rejillas (mallas), aunque también pueden ser triturados esos materiales por equipo especial; posteriormente se aplica un desarenado (separación de sólidos pequeños muy densos como la arena) seguido de una sedimentación primaria (o tratamiento similar) que separe los sólidos suspendidos existentes en el agua residual. Para eliminar metales disueltos se utilizan reacciones de precipitación, que se utilizan para eliminar plomo y fósforo principalmente. La conversión progresiva de la materia biológica disuelta en una masa biológica sólida usando bacterias adecuadas, generalmente presentes en estas aguas. Una vez que la masa biológica es separada o removida (proceso llamado sedimentación secundaria), el agua tratada puede experimentar procesos adicionales (tratamiento terciario) como desinfección, filtración, etc. El efluente final puede ser descargado o reintroducido de vuelta a un cuerpo de agua natural (corriente, río o bahía) u otro ambiente (terreno superficial, subsuelo, etc.). Los sólidos biológicos segregados experimentan un tratamiento y neutralización adicional antes de la descarga o reutilización apropiada. En Cuba el tratamiento de aguas residuales domésticas en zonas periurbanas es insuficiente, y está demostrado que constituye la alternativa sostenible de saneamiento, la mayoría funciona ineficientemente debido a

problemas de diseño y operación. A pesar de ello se han desarrollado soluciones para la recolección, tratamiento y disposición final de las aguas residuales, a partir de sistemas de tratamientos basados en tanques sépticos y lagunas de estabilización como los más empleados, pero no han sido del todo eficientes.[ Díaz,1987] En el área central de la UCLV, existe un sistema de tratamiento para los residuales líquidos cuya construcción es de 1964 y fue proyectado para asimilar los residuos equivalentes a 3500 personas. Estas aguas residuales generadas por la población universitaria favorecen a emisiones de residuos líquidos y sólidos, que deben recibir unadecuado tratamientopara evitar que los efluentes se conviertan enportadores deinfecciones y de otros productos químicos que pueden ser nocivos a la salud humana y en algunos casos, alcanzar las cuencas subterráneas provocandosu contaminación. [ Machado, 2005] Planteamiento y definición del problema. Los sistemas de tratamiento de residuales líquidos actualmente instalados enla zonacentral de la UCLV no son tratados debidamente, debido a la obsolescencia tecnológica que presenta la planta y abandono de la misma. Se incumple con la norma de vertimiento del medio ambiente a cuerpos receptores establecidos por el CITMA para los residuos líquidos. Donde lo fundamental es proteger el medio ambiente y que el vertimiento del efluente final cumpla los requisitos para la norma y los residuos domésticos tratados. Hipótesis. A través del estudio y diagnóstico del sistema de tratamiento de residuales de la zona central de la UCLV se podrá caracterizar el estado actual de la misma, proponer un grupo de soluciones para recuperar sus parámetros de diseño original que no está cumpliendo, y aportar criterios a los decisores para la rehabilitación delsistema. Objetivos. Para el desarrollo de la investigación se consideró el siguiente objetivo general: Diseñar una planta de tratamiento de residuales que aproveche las instalaciones ya existentes en la universidad. Este diseño permitirá a las autoridades universitarias evaluar la inclusión de una nueva inversión, encorrespondencia contodas las exigencias normativas existentes. Objetivos específicos. Para dar cumplimiento al objetivo general anterior se desarrollaron los siguientes objetivos específicos: Realizar una búsqueda bibliográfica sobre el tema del tratamiento de agua residuales Realizar un levantamiento del sistema detratamiento de aguas residuales en la UCLV Elaborar una propuesta deintervención de la PTAR en la UCLV.

Pregunta de Investigación. 1.¿Cuáles son las tendencias actuales para laintervención de las PTAR? 2.¿Cuál es el estado técnico dela PTAR de laUCLV? 3. ¿Qué solución técnica se debe dar para la PTAR de la universidad Marta Abreu de las Villas? Tareas de investigación. Para dar cabal cumplimiento a los objetivos antes planteados se realizarán las siguientes tareas de investigación: – Búsqueda bibliográfica sobre las PTAR – Realizar un estudiode la PTAR en la UCLV – Propuesta de restauraciónde la PTAR en la UCLV. Metodología de la Investigación. Para realizar la actual investigación se define las siguientes etapas, las cuales se complementan entre sí. Etapa I: Definiciónde la problemática. – Definición del tema y problema de estudio. – Recopilación bibliográfica. – Formación de la base teórica general. – Planteamiento delas hipótesis. – Definición de los objetivos. – Definición de tareas científicas. Redacción de la introducción. Etapa II: Revisión bibliográfica. – Estudio, análisis y crítica de los últimos adelantos científicos relacionados con el tema. – Redacción del Capítulo I. Se da cumplimiento al objetivo específico1. Etapa III: Levantamiento insitu. – Levantamiento y evaluación de laPTAR – Diagnóstico del sistema – Calculo de volúmenes de residuales estimado. Redacción del Capítulo II. Se da cumplimiento al objetivo específico1. Etapa IV: Propuesta de soluciones. – Propuesta de intervención en la PTAR. Redacción del capítulo III. Se da cumplimiento al objetivo específico2 y 3. Etapa V: Redacción definitiva de la tesis. Estructura de la Tesis. La estructura de la tesis está relacionada directamente con la metodología de la investigación establecida y de un modo específico en el desarrollo particular de cada una de las etapas dela

investigación. La misma se encuentra formada por una introducción general, tres capítulos, las conclusiones, recomendaciones y bibliografía, así como los anexos necesarios. El orden y estructura lógica del trabajo seestablece a continuación: – Introducción. – Capitulo ?: Estado del Arte – Capítulo II: Estudio de la PTAR en la UCLV – Capítulo III: Propuesta deintervención de la PTAR en la UCLV – Recomendaciones. – Bibliografía.

Capítulo 1

Capítulo 1: Estado delarte. 1.1 Introducción. En este capítulo se desarrolla la propuesta de diseño de laplanta de tratamiento de aguas residuales, partiendo de las consideraciones generales que debenser tomadas encuenta a la hora de elaborar un diseño de este tipo. Esta propuesta se divide en tres fases de tratamiento, siendo éstas las siguientes: preliminar, primario, secundario y tratamiento de lodos. Cada una de estas fases la constituyen elementos diseñados para lograr remover algunos componentes presentes en las aguas residuales una vez que éstapasa por ellos, logrando de esta manera producir un efluente de la planta que cumpla con los requisitos para ser descargada aun cuerpo receptor, sinalterar negativamente la floray fauna. Según [BRIGAND, 2008] el termino agua residual define un tipo de agua que está contaminada con sustancias fecales y orina, procedentes de desechos orgánicos humanos o animales. Su importancia es tal que requiere sistemas de canalización, tratamiento y desalojo. Su tratamiento nulo o indebido genera graves problemas de contaminación. El manejo inadecuado de las aguas residuales tiene consecuencias en la salud pública y en los ecosistemas, la práctica de colectar y tratar las aguas residuales antes de su disposición es relativamente reciente. Se han encontrado restos dealcantarillas sanitarias en las ruinas de las ciudades prehistóricas de Creta (la isla más grande de Grecia) y en las antiguas ciudades de Asiria (está situado en el suroeste asiático). Roma también las tuvo; sin embargo, se sabe que no se usaban para el transporte de aguas residuales. El sistema de drenaje de Roma no se usaba para disposición de desechos y más tarde también se evitó descargarlos en los sistemas de alcantarillado de Londres, París y Boston hasta bien entrado el siglo XIX. Ver figuras 1.1 y 1.2 Figura 1.1 Acueducto de Segovia (ciudadespañola) construido en el siglo de Augusto.

Figura 1.2 Una de las bocas de la cloaca máxima de Roma. Durante un tiempo no se permitía la descarga de desechos en los sistemas de alcantarillado, los residentes de las ciudades colocaban la “suciedadnocturna” encubetas a lo largo de las calles, que algunos trabajadores vaciaban en depósitos y eran transportados por carretas hacia áreas rurales, parasu disposiciónen terrenos agrícolas. La invención del retrete en el siglo XIX cambió drásticamente las prácticas de disposición de los desechos. El transporte de los desechos urbanos para su disposición en terrenos agrícolas no podía manejar el volumen tan grande de líquido que se incrementaba paulatinamente con el uso de los retretes. Como solución al problema, las ciudades comenzaron a usar los sistemas naturales de drenaje y los alcantarillados pluviales para conducir las aguas residuales.[BRIGAND, 2008] A finales del siglo XIX y principios del XX se probaron varios procesos de tratamiento; alrededor de 1920, el tratamiento de las aguas residuales había evolucionado hasta llegar a los procesos que hoy se usan comúnmente. Sin embargo, el diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales se hizo empíricamente hasta mediados del siglo XX. A partir de 1960 se tuvieron avances importantes en el conocimiento del tratamiento de aguas residuales, y se formularon y cuantificaron los procesos originales. Pero laciencia del tratamiento de aguas residuales no es estática; actualmente se desarrollan proceso avanzados con los cuales se puede producir agua potable apartir de las aguas residuales domésticas. Los problemas asociados al reúso de las aguas residuales, sin duda, serán un reto para la creatividad de los ingenieros en los años por venir. Es común clasificar a las aguas residuales en dos tipos: industriales y municipales. En muchos casos las aguas residuales industriales requieren tratamiento antes de ser descargadas en el sistema de alcantarillado municipal; como las características de estas aguas residuales cambian de una a otra industria, los procesos de tratamiento son también muy variables. No obstante, muchos de los procesos empleados para tratar aguas residuales municipales se emplean también con las industriales. Existen aguas residuales industriales que tienen características compatibles con las municipales, por lo que se descargan directamente en los sistemas públicos de alcantarillado. [Valdez, 2003]

A continuación, se explican los tipos de aguas residuales, su clasificacióny origenen que ellas se encuentran al llegar al afluente. Aguas negras domésticas: se consideran como tales aquellas queprovienen denúcleos urbanos y que contienen sustancias procedentes de la actividad humana (alimentos, basuras,productos de limpieza, jabones, etc.). [Forero, 1985] Residuos líquidos industriales: son por su naturaleza y magnitud, las que mayores afectaciones provocan al medio y que generalmente, cuando la racionalidad en el uso del agua de proceso no está presente, provocan incrementos innecesarios en los costos de producción. Los procesos industriales generan una gran variedad de aguas residuales, y cada industria debe estudiarse individualmente, aplicando los conceptos de calidad total en todo el ciclo de vida de sus producciones, para ser consecuentes con el progreso social. [Forero,1985] Aguas negras m unicipales (albañales): se originan de las aguas negras domésticas más los residuos líquidos industriales. Aguas negras m unicipales com binadas:se originan delos albañales municipales más las aguas pluviales. También se pueden clasificar según su composiciónen: a) Aguas residuales orgánicas. b) Aguas residuales inorgánicas. c) Aguas residuales mezcladas. Entre las principales causas del origen de la contaminación de las aguas en Cuba se identifica: – Estado deficiente de las redes de alcantarillado y su carácter parcial en lamayoría de los casos. – Insuficiente cobertura de tratamiento de residuales – Elevado déficit de mantenimiento y atención a la operación de los sistemas de tratamiento existentes. – Obsolescencia tecnológica y baja disciplina tecnológica. – Incumplimiento de la normatividad y lalegislación ambiental vigente. – Insuficiente utilización de prácticas de producción más limpia y aprovechamiento económico de residuales. – Insuficiente ejecución de programas de monitoreo y caracterización de residuales. [J., C, 1986] 1.2 Características de las aguas residuales. Las fuentes de contaminación urbanas son aquellas en las que predominael desarrollo de actividades de carácter doméstico. Se caracteriza por el gran número de fuentes existentes y los elevados volúmenes de aguas residuales que son generados como

resultado de la actividad municipal. Una de las características más importantes de esta contaminación es su alta concentración de gérmenes patógenos, locual constituyeuna de las principales vías de transmisión de enfermedades. Algunas de las principales fuentes de contaminantes incluyen: asentamientos poblacionales, hoteles, escuelas y otras instalaciones sociales y de los servicios. [http://www.lacasadecoko.org/depuracion_agua.htm.] El empleodel agua potable en loshogaresgeneraagua servida.Parte de losresiduos propiosde la actividadhumanason materia que consume o demanda oxígeno por oxidación de ésta,comola materia fecal,restosdealimentos, aceites ygrasas; otra parte son detergentes, sales, sedimentos, material orgánico no biodegradable y tambiénmicroorganismospatógenos.La materia orgánica biodegradable yalgunas salesinorgánicassonnutrientespara los microorganismos, según [Calderón, 2004]. Estas aguas se vierten en los sistemas de alcantarillado que las conducen, en la inmensamayoría,a los cuerposde agua,comomar,lagosyríos, produciendo por lo tanto la contaminación de estas aguas naturales. [Calderón,2004] Las aguas residuales producen una serie de alteraciones en los cursos y planos de agua debido alos diversos productos que contienen, y a que las áreas receptoras son cada vez menos capaces de asimilar. La capacidad de autodepuración de una masa de agua es siempre limitada, mientras que el vertido de residuos a ella no tiene freno en el momento actual. Es decir, el volumen de aguas residuales depuradas no alcanza enningúnpunto el nivel que debería tener hasta compensar la diferencia que existe con la capacidad de autodepuración de los ríos. [Alonso, 2004] El color de las aguas residuales oscila del gris al negro y cuanto más oscuro más contaminada, y el olor es causado por sustancias azufradas H S y nitrogenadas aminas, 2 NH , mercaptanos, sulfuros orgánicos, actividad microbiana, la temperatura es mayor a la 3 del aguade suministro esto dificulta la disolución de O . 2 [http://www.elergonomista.com/saludpublica/residuales.htm.] Para caracterizar estos residuos, se utiliza una serie de parámetros analíticos que determinan su calidad física, química y biológica. Estos parámetros son la turbidez, los sólidos suspendidos, el total de sólidos disueltos, la acidez y el oxígeno disuelto. La demanda bioquímica de oxígeno que requieren los microorganismos para vivir, junto con la presencia de materia orgánica que les sirve de nutrientes, se emplea como medida de la cantidad de residuos que existen en el agua con carácter de nutrientes. [Col, 1987] El contenido medio por habitante y día es aproximadamente: Nitrógeno 12.8 gr. Fosfatos (PO ) 5.3 gr, Potasio 7gr., y Sustancias Orgánicas 55gr. [Hernández, 1989] 2 5 Según [Baird, 2001] el contenido típico en materia orgánicade estas aguas es un50% de carbohidratos, un 40% de proteínas y un 10% de grasas; y entre 6,5y 8,0,el pH.

Seguidamente se muestran los parámetros más importantes en la composición de las aguas residuales urbanas, según la literatura. [Allende, 2000]; [Muñoz, 1992]. En las aguas residuales conocidas también como aguas urbanas existen una gran cantidad de compuestos, físicos, químicos y biológicos, sin embargo, los sólidos suspendidos, los compuestos orgánicos biodegradables y los organismos patógenos, son los más importantes y para ello las plantas de tratamiento deben ser diseñadas para su remoción. Los diversos tipos de aguas residuales reciben nombres descriptivos según su procedencia, siendo una de sus características típicas la presencia de sustancias consumidoras de oxígeno en comparación con el agua, por ejemplo, de unrío. [A.,M.A.V, 2009] Tabla1.1 Contaminantes importantes de las aguas residuales. *Refractario: se aplica al cuerpo que resiste la acción de agentes químicos o físicos, especialmente altas temperaturas, sindescomponerse. [Valdez, 2003] 1.3 Sistemas de Tratamientos Sobre los tratamientos para lograr reducir los contaminantes de las aguas residuales la literatura especializada en tecnologías [Degremot, 1979]; [Germain, 1982]; [Metcalf- Eddy, 1985]; [Vernaldo, 2000] coinciden en que se pueden usar desde sencillos procesos físicos como la sedimentación, en la que se deja que los contaminantes se

depositen en el fondo por gravedad, hasta complicados procesos químicos, biológicos o térmicos, los cuales pueden ponerse en juegopor separados o conjuntamente. Físicos: Son los métodos de tratamiento en los cuales predomina laaplicación defuerzas físicas, dentro de los cuales se encuentran: el cribado y desmenuzado, desarenado, mezclado, sedimentación, flotación y filtración. [García, 2001] Químicos: Son los métodos de tratamiento en los cuales la disminución o conversión de los contaminantes es provocado por laadición de productos químicos o por las reacciones químicas como: la precipitación, transferencia de gases, absorsión, neutralización, reacciones de oxidaciónreducción, intercambio iónico y la desinfección. [García, 2001] Biológicos: Son los métodos de tratamiento en los cuales se consigue la eliminación de contaminantes por medio de la actividad biológica. Este tipo de tratamiento es usado para eliminar las sustancias biodegradables del agua residual. Los más común usados son: los filtros rociadores, lodos activados (Se añade agua con microorganismos a las aguas residuales en condiciones aerobias, burbujeo de aire o agitación de las aguas), lagunas de estabilización, lagunas aireadas (Se realiza el proceso biológico en lagunas de grandes extensiones.) y zanjas de oxidación.[García, 2001] En el tratamiento de las aguas negras, los sólidos inorgánicos que las aguas contienen son separados parcialmente, haciendo que el resto de los sólidos orgánicos queden convertidos en solidos minerales o en compuestos orgánicos relativamente estable. Se puede definir al tratamiento de aguas residuales como el conjunto de recursos por medio de los cuales es posible verificar las etapas de purificaciónde unacorriente, dentro de un área limitada, apartada y bajo condiciones controlada. El proceso final del tratamiento de las aguas servidas, con objeto de su depuración, se efectúa en plantas cuyas características son variables. Cualquier análisis que se realice debe tener presente que la operación de eliminación de las impurezas se dificulta por encontrarse parte de ellas en solución y otras en suspensión, en forma de sólidos que pueden ser sedimentables. El tratamiento de las aguas servidas debe estar equilibrado con la pureza de las aguas receptoras para que el proceso sea económico y razonable. Estas aguas residuales se pueden someter a diferentes niveles de tratamiento, dependiendo del grado de purificación quese quiera. Las etapas que constituyen un sistema de tratamiento de aguas residuales se puede clasificar de manera general en tratamiento: preliminar, primario, secundario, terciario y de lodos. [Eddy, 1996]

1.3.1 Tratamiento preliminar Debe realizarse por medio de procesos físicos o mecánicos, comorejillas,desarenadores y trampas de grasas, dispuesto conversionalmente de modo que permita la retención del material extraño presente en las aguas negras y que pueda interferir los procesos de tratamiento. Para el diseño de las rejillas, el diseñador es libre de escoger el tipo de rejilla, siempre y cuando cumpla las recomendaciones mínimas dediseño. [Ramalho, 1996] Según [Ramalho, 1996] las localizaciones de las rejillas deben ser: aguas arriba de las estaciones de bombeo o de cualquier dispositivo de tratamiento que sea susceptible de obstruirse por el lateral grueso que trae el agua residual sin tratar. El canal de aproximación a la rejilla debe ser diseñado para prevenir la acumulación de arena u otro material pesado aguas arriba de esta. El sitio en que se encuentra las rejillas debe ser provisto con escaleras de acceso, iluminación y ventilación adecuada. Es recomendable un espaciamiento entre las barras de la rejilla de 15 a 50 mm para rejillas limpiadas manualmente, y entre 3y 77 mm pararejillas limpiadas mecánicamente. Remoción de grasas Los sedimentadores primarios pueden usarse como sistemas de remoción de grasas, en dicho caso debe asegurarse que exista la capacidadde almacenamiento y los dispositivos mecánicos que permitan la evacuación del sobrenadante deforma segura y oportuna para evitar interferencias en los procesos posteriores y generación de malos olores por acumulación prolongada. Desarenadores Los desarenadores deben emplearse cuando es necesario cumplir con los cuatroniveles de complejidad: 1. Protección de equipos mecánicos contrala abrasión 2. Reducción de la formaciónde depósitos pesados en tuberías, conductos y canales 3. Reducir la frecuencia de limpieza de la arena acumulada en tanques de sedimentación primaria y digestores de lodos 4. Minimización de pérdidas de volumen entanques de tratamiento biológico Operación y mantenimiento Se recomienda que los desarenadores con un caudal inferior a 50 L/s sean limpiados manualmente; para caudales mayores de 150 L/s se recomienda una limpieza mecánica. Para caudales intermedios debe justificarse laselección realizada. Para los desarenadores de limpieza manual que se usen en aguas negras combinadas deben llevarse acabo losiguiente: – Medición periódica del lecho dearenaacumulada. – Aislamiento del desarenador en el momento en que la arena ocupe 2/3 del volumen

– Drenaje del agua residual en la cámara. Este se puede realizar, en algunas instalaciones, por medio de canalizaciones que devuelven el líquido drenado al efluenteo a unaunidad de sistema de tratamiento adoptado – Estimación de la cantidad de arena removida para los registros en las fichas de operación Para los desarenadores de limpieza mecánica, la operación debe ser similar a los de limpieza manual, cumpliendo además con lo siguiente: [Ramalho, 1996] – Mantenimiento en los equipos de acuerdo con el manual de instrucciones del fabricante. – Mantenimiento del movimiento del equipo libre deobstrucciones. – Lavado diario, con chorros de agua, de las paredes y los raspadores. 1.3.2 Tratamientos primarios En él se separa o eliminan la mayoría de los sólidos suspendidos en las aguas negras, aproximadamente de 40 a 60%, mediante el proceso físico de asentamiento en tanques de sedimentación. La actividad biológica en las aguas negras durante esta etapa, es mínima. Los dispositivos para el tratamiento, tiene como propósito fundamental disminuir la velocidad de las aguas negras para que los sólidos puedan sedimentarse. Por consiguiente, a estos dispositivos se le puede distinguir bajo el nombre de tanques sedimentadores o de sedimentación. Los tanques de sedimentación tienen una diversidad de diseños y sistemas de operación, sin embargo, pueden dividirse en cuatro: – Tanques dedoble acción como los Imhoff – Tanques sépticos – Tanques desedimentación simple con la eliminación mecánica de lodos – Clasificadores de flujos ascendentes con eliminación mecánica de lodos Tanques de doble acción como los Imhoff. Según [Harol, 1961] es un tipo de tanque de doble función: recepción y procesamiento. Existen de muchas maneras como, rectangulares y circulares, disponen de una cámara o cámaras superiores por lo que pasan las aguas negras en su periodo de sedimentación, además de otra cámara inferior donde la materia recibida por gravedad permanece en condiciones tranquilas para su digestión anaeróbicas. La finalidad es la remoción de sólidos suspendidos. Para comunidades de 5000 habitantes o menos, los tanques Imhoff ofrecen ventajas para el tratamiento de aguas residuales domésticas, ya que integran la sedimentación del agua y a digestión de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo también se les llama tanques de doble cámara. Los tanques Imhoff tienen una operación muy simple y no requiere de partes mecánicas; sin embargo, para su uso concreto es necesario que

las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y remoción de arena. El tanque Imhoff típico es de forma rectangular y se divide entres compartimentos: – Cámara de sedimentación. – Cámara de digestión delodos. – Área deventilación y acumulación de natas. Según [Harol, 1961] durante la operación, las aguas residuales fluyen a través de la cámara de sedimentación, donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables, estos resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la cámara de sedimentación pasando a la cámara de digestión a través de la ranura contraslape existente enel fondo del sedimentador. El traslape tiene la función de impedir que los gases o partículas suspendidas de sólidos, producto de la digestión, interfieran en el proceso de la sedimentación. Los gases y partículas ascendentes, que inevitablemente se producen en el proceso de digestión,son desviados haciala cámara de natas o área deventilación. Ventajas y desventajas de tanque Imhoff para el tratamiento de las aguas residuales domésticas de una población. – Contribuye a la digestión de lodo, mejor que en un tanque séptico, produciendo un líquido residual de mejores características. – No descargan lodo en el líquido efluente, salvo en casos excepcionales. – El lodo se seca y se evacúa con más facilidad que el procedente de los tanques sépticos,esto sedebe aque contiene de 90 a95% de humedad.[1] – Las aguas servidas que se introducen en los tanques Imhoff, no necesitan tratamiento preliminar, salvo el paso por una criba gruesa y la separación de las arenillas. – Tiene unbajo costo deconstrucción y operación. – Son adecuados para ciudades pequeñas y para comunidades donde no se necesite una atención constante y cuidadosa, y el efluente satisfaga ciertos requisitos para evitar la contaminación de las corrientes. Desventajas: – El efluente que sale deltanque es de mala calidad orgánicay microbiológica. – En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando su funcionamiento sea correcto. – El tanque Imhoff elimina del 40 al 50% de sólidos suspendidos y reduce laDBO de 25 a 35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque Imhoff se extraen periódicamente y se conducena lechos de secados. – Debido a esta baja remoción de la DBO y coliformes, lo que se recomendaría es enviar el efluente hacia una laguna facultativa para que haya una buena remoción de microorganismos enel efluente. [Gastolum, 1996]

El tanque Imhoff típico es de forma rectangular y se divide entres compartimientos: a) Cámara de sedimentación. b) Cámara de digestión de lodos. c) Área de ventilación y cámarade natas. Figura 1.3. Esquema transversaldel tanque Imhoff Funcionamiento: El agua que llega por el alcantarillado entra en la cámara de sedimentación, los sólidos van descendiendo lentamente y legan al espacio de la cámara de digestión. En el espacio de la cámara de digestiónse producen reacciones anaerobias, sin la intervención del oxígeno. Los fangos se depositan en la partebaja del espacio de la cámara de digestión donde permanecen unos treinta días, más o menos, o hasta que sean bien digeridos y son retirados periódicamente por medio de tubos de salidas para lodos y levados a las piletas de secado de lodos. Elagua sale a través dela salida donde pasan al siguiente del tratamiento. Los gases provenientes de la digestión suben por unas ventosas de gas, debido a que las paredes solapadas impiden su paso a través de las cámaras de sedimentación. Como todos los dispositivos para un tratamiento primario, el tanque Imhoff puede ser una parte de una planta para el tratamiento completo, y en tal caso su comportamiento de digestión debe tener una capacidad tanto para los lodos secundarios como para los que recibirá de la sobrepuesta cámara de sedimentación. [Gastolum, 1985] Procedimiento de operación Al entrar en funcionamiento, un tanque Imhoff debe cebarse para poner en marcha el proceso de digestión. Esto se hace utilizando lodos digeridos de otro tanque, a falta de estos, materia nutritiva. En su funcionamiento normal, debe de ser vigilado diariamente, aunque para hacerlo noexija mucho trabajo en su manejo nimuchas herramientas. Operación y Mantenimiento Puesto que no existen partes mecánicas en un tanque Imhoff, debe presentarse atención alo siguiente:

• Eliminar diariamente las grasas, natas y solidos flotantes, del compartimiento de sedimentación. • Raspar semanalmente los lados y fondos inclinados del compartimiento de sedimentación, con un cepillo de goma, para quitar los sólidos que se hayan adherido y que pueden descomponerse. • Limpiar semanalmente la ranura del compartimiento de sedimentación. [D.C, 2000] Según laNORMA OS.090 paraeldiseño delazonade sedimentación seutilizarálos siguientes criterios: 1. El área requerida para el proceso se determinará con una carga superficial de 1 m³/m²/h, calculadoen baseal caudal medio. 2. El período de retención nominal será de 1,5 a 2,5 horas. La profundidad será el producto dela carga superficial y el período de retención. 3. El fondo del tanque será de sección transversal en forma de V y la pendiente de los lados, con respectoal eje horizontal, tendrá entre50 y 60 grados. 4. En la arista central se dejará una abertura para el paso de sólidos de 0,15 ma 0,20 m. Uno de los lados deberá prolongarse de modo que impida el paso de gases hacia el sedimentador; esta prolongación deberá tener una proyección horizontal de 0,15 a 0,20m. 5. El borde libre tendrá un valor mínimo de 0,30m. 6. Las estructuras de entrada y salida, asícomo otros parámetros de diseño, serán los mismos quepara los sedimentadores rectangulares convencionales. Tanques sépticos Los tanques sépticos se utilizarán por lo común para el tratamiento de las aguas residuales de familias que habitan en localidades que no cuentan con servicios de alcantarillado o que la conexión al sistema de alcantarillado les resulta costosa por su lejanía. El uso de tanques sépticos se permitirá en localidades rurales, urbanas y urbanas marginales. Tanques de sedimentación Los tanques de sedimentación primaria pueden proporcionar el principal grado de tratamiento del agua residual, o se pueden emplear como paso previo al tratamiento posterior (generalmente tratamiento biológico). En este casosu función es reducir la carga afluentea las unidades de tratamiento biológico. 1.3.2 Tratamientos secundarios Debe hacerse cuando a pesar del tratamiento primario, las aguas negras tienen más sólidos orgánicos en suspensión o solución, que pueden ser asimilados por las aguas receptoras. La descomposición de los sólidos orgánicos en el tratamiento secundario depende principalmente de los organismos aerobios o anaerobios que los transformaran en sólidos orgánicos o inorgánicos estables.

El objetivo del tratamiento secundario es remover la DBO soluble que escapa de un tratamiento primario, además de remover cantidades adicionales de solidos suspendidos. Estas remociones se efectúanfundamentalmente por medio de procesos biológicos. Según [Gastolum, 1985] paralos procesos biológicos más comunes usados son: Procesode lodos activos: Pueden ser usados cuando las aguas residuales responden a un tratamiento biológico. También requiere atención cuidadosa y una operación de supervisión competente, incluido un control rutinario de laboratorio. Lagunas aireadas Las lagunas aireadas seclasifican en: – Lagunas aireadasde mezcla completa: Mantienen la biomasaen suspensión con una alta densidad de energía instalada. Son consideradas como un proceso incipiente de lodos activos sin separación y recirculación de lodos y la presencia de algas no es evidente. Para ellas es recomendable el uso de aireadores de baja velocidad de rotación. – Lagunas aireadas facultativas. Mantienen la biomasaen suspensiónparcial. Este tipo de laguna presenta signos de acumulación de lodos, observándose frecuentemente la aparición de burbujas de gas de gran tamaño en la superficie, por efecto de la digestión de lodos enel fondo. En los climas cálidos y con buena insolación se observa un apreciable crecimiento de algas en la superficie dela laguna. – Lagunas facultativas: con agitación mecánica: Son aplicables exclusivamente a unidades sobrecargadas del tipo facultativo en climas cálidos. Tienen una baja densidad de energía instalada. Las condiciones de diseño en estas unidades son las lagunas facultativas. – Laguna de oxidación aireada: Se emplean generalmente en climas variables. La fuente de oxígeno es precisamente la fotosíntesis y en el invierno se complementa con aireación con difusión de aire comprimido en el fondo. [ McGraw-Hill, 2000]

Tabla 1.2. Rango de tiempo deretención paralagunas aireadas.

Fuente: [Limusa, 1990] Lechos Bacterianos o Filtros percoladores Consiste en un tanque que contiene un lecho de materia grueso, compuesto en la gran mayoría de los casos de materiales sintéticos o piedras de diversas formas, de alta relación área/volumen, sobre el cual son aplicadas las aguas residuales por medio de brazos distribuidores fijos o móviles. Alrededor de este lecho se encuentra adherido una población bacterial que descompone las aguas residuales a medida que estas percolan