Química ambiental Agua 1. TECNICAS DE MUESTREO Y AFORO DE CAUDALES EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS (PTAR) INTRODUCCION Las aguas residuales pueden definirse como las aguas que provienen del sistema de abastecimiento de agua de una población, después de haber sido modificadas por diversos usos en actividades domésticas, industriales y comunitarias. De acuerdo a su origen resultan de la combinación de líquidos y residuos sólidos transportados por el agua proveniente de residencias, oficinas, establecimientos comerciales e instituciones, industrias, de actividades agrícolas, aguas superficiales, subterráneas y de precipitación. De acuerdo con la normatividad ambiental (Decreto 1594 de 1984), se ha establecido ampliamente lo referente a los vertimientos de agua residual, determinando los límites de vertimiento de las sustancias de interés sanitario y ambiental, los permisos de vertimientos, estudios de impacto ambiental y procesos sancionatorios. Dando cumplimiento a esta normatividad, la Universidad Tecnológica de Pereira tiene en funcionamiento la Planta de tratamiento de Aguas residuales domesticas que trata cerca del 80% del agua residual generada en este establecimiento y que por medio de un sistema de lodos activos, se encarga de remover más del 85% de la carga orgánica. Es de destacar que todas las aguas residuales contienen una gran diversidad de sustancias contaminantes y una variedad asombrosa de objetos flotantes, los cuales al ser vertidos en un cuerpo de agua natural ocasionan un impacto directo sobre este sistema, alterando el equilibrio ecológico. Por tanto, es importante considerar que en una planta de tratamiento, no solo debe existir un sistema de captación y tratamiento para estas aguas residuales, que es conducida por canales hasta los tanques, sino que también debe contarse con sistemas de secado de lodos para luego ser dispuestos de manera adecuada. Los procesos actuales de una planta de aguas residuales pueden dividirse en tres categorías principales: tratamiento primario, secundario y terciario. El tratamiento primario del agua residual consiste en la eliminación de la materia insoluble como arena, grasas y espumas del agua. El primer paso normalmente es la tamización o cribado, con el fin de eliminar los sólidos grandes que entran en el sistema de alcantarillado. Estos materiales con excepción de la arena y materiales similares, se interceptan en tamices y se recogen para su posterior evacuación y disposición controlada. La mayoría de los tamices se limpian con rastrillos mecánicos. Los dispositivos trituradores desmenuzan y muelen los sólidos. El tamaño de las partículas puede reducirse a tal extremo que éstas puedan devolverse al flujo de las aguas residuales. Las arenas y otras partículas sólidas en las aguas residuales no se biodegradan bien, generalmente tienen una alta velocidad de sedimentación. Su eliminación se realiza para prevenir su acumulación en otras partes del sistema de tratamiento, y reducir la obstrucción de cañerías y otras partes y para proteger las partes móviles de la abrasión y el desgaste. La sedimentación primaria elimina tanto los sólidos sedimentables como los sólidos flotantes. Durante la sedimentación primaria hay una tendencia de las partículas floculantes a agregarse para una mejor sedimentación, un proceso que puede ayudarse por la adición de productos químicos, aunque con ellos se aumenta su cantidad y, por ende, su problemática de estabilización y disposición. El material que flota en el depósito de sedimentación primaria se conoce genéricamente como grasas y aceites. Estas sustancias grasas consisten en aceites, ceras, ácidos grasos libres y jabones insolubles que contienen calcio y magnesio. Normalmente una parte de las grasas se sedimentan con el lodo y otra parte flota en la superficie en donde puede eliminarse mediante un dispositivo desespumante o desnatador. El tratamiento secundario del agua residual se diseña para eliminar la materia orgánica medida como Demanda Biológica de Oxigeno-DBO, aprovechando el metabolismo de algunos microorganismos (Bacterias heterótrofas), ya que la mayor parte de los componentes orgánicos de las aguas residuales sirven como alimento (sustrato) que les proporciona energía para su crecimiento. Los microorganismos pueden ser aerobios, anaerobios o facultativos. La rapidez de del crecimiento microbiano varía de manera directa con el Química ambiental Agua sustrato disponible. En un cultivo discontinuo y cuando el alimento no es limitante la población microbiana, después de un periodo de latencia inicial, crece con rapidez a una velocidad logarítmica. A medida que el alimento desaparece, el crecimiento se retarda hasta que, en un punto determinado se detiene y el número de células que se producen se equilibra con el número de células que mueren. Este sistema de crecimiento microbiano se lleva a cabo en un sistema de crecimiento en suspensión o por un proceso de película fija. En la Figura 1 se puede observar una representación del tipo de proceso que se puede observar en la planta de tratamiento y donde tenemos identificados los dos puntos de referencia para futuros análisis de laboratorio, como son el afluente, es decir la entrada de las aguas residuales y el efluente o punto de salida del agua después del proceso activo. Arenilla Tanques de sedimentación primaria Tratamiento biológico Tanques de sedimentación final Afluente Efluente Lodos activados devueltos Figura 1. Diagrama de una planta de tratamiento de aguas residuales de lodos activados convencionales El tratamiento terciario proporciona una etapa final para aumentar la calidad del efluente al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente receptor (mar, río, lago, campo, etc.) Más de un proceso terciario del tratamiento puede ser usado en una planta de tratamiento. Si la desinfección se practica siempre en el proceso final, es siempre llamada pulir el efluente. Todo proyecto de tratamiento de aguas residuales debe llevar a cabo estudios de factibilidad que aseguren tanto la eficiencia como rendimiento de la planta, así como el cumplimiento de la normatividad ambiental. Por tanto, para la planeación y construcción de las plantas de tratamiento de aguas residuales es importante la eficiencia de descontaminación del sistema, por lo que de acuerdo la descontaminación con un tratamiento biológico aerobio como el sistema de lodos activos puede llegar a ser superior al 90%. OBJETIVOS  Comprender el funcionamiento de una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas  Realizar aforo de caudales por método volumétrico y canaleta Parshall  Comprender la razón de tomar muestras compuestas ponderadas  Efectuar la toma de muestras teniendo las precauciones para su preservación para posteriores análisis fisicoquímicos. MATERIALES  Cronómetro  Probeta plástica de 1000 ml  Balde 12 L  4 Recipiente plástico de 3,7 galones  Nevera de icopor con hielo Química ambiental Agua PROCEDIMIENTO Aforo de Caudales  Método Canaleta Parshall: Mida con los dedos una distancia de ¾ desde la garganta de la canaleta y a esta distancia con una regla mida la altura de la lámina de agua y compare el dato obtenido con la tabla de diseño de la canaleta.  Método Volumétrico: Introduzca el balde en la caída de agua midiendo el tiempo simultáneamente con un cronómetro y registrando el volumen recogido en un tiempo determinado, repita el procedimiento mínimo tres veces, promedie los datos para mayor precisión. Toma de muestras Para realizar la toma de una muestra compuesta determine el factor de composición empleando la siguiente fórmula: Luego determine el volumen de cada alícuota con la siguiente fórmula: Tome el caudal inicial y calcule el factor de composición para 8 L de muestra a componer, en un muestreo de 45 minutos tomando una alícuota cada 15 minutos, esto quiere decir que se van a tomar 4 alícuotas. Use las tablas para reportar los datos Tabla 1. Registro datos del afluente Hora Q Vol. Alícuota Tabla 2. Registro datos del efluente Hora Q1 Q2 Q3 Q promedio Vol. Alícuota Una vez recogido el volumen de la muestra compuesta enjuague dos veces el recipiente donde se va a almacenar la muestra con agua del efluente, llene el recipiente cuidando de no dejar cámara de aire. Introduzca el recipiente en la nevera con hielo y llévelo al laboratorio donde la muestra será almacenada hasta su análisis. Rotule el recipiente con datos como: Lugar de la toma de la muestra, fecha, hora. CONSULTA 1. Calcule el factor de composición F, para la toma de una muestra compuesta de 10 L, en un muestreo de de 24 horas, donde se tomara una muestra cada hora, teniendo en cuenta que el caudal inicial fue de 0.235 L/s. 2. Mencione tres objetivos de un programa de evaluación del agua en una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas. 3. ¿Cuál es la razón por la cual debe tomarse una muestra compuesta ponderada en una planta de tratamiento o en un vertimiento? 4. ¿Cuál de los dos métodos empleados en la práctica para aforo de caudales es más preciso y por qué? 5. Haga un comparativo entre tipos de sistemas aerobios y anaerobios en las plantas de tratamiento Química ambiental Agua BIBLIOGRAFIA  Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales-IDEAM. 2007. Protocolo para el monitoreo y seguimiento del agua.  Manahan, S. 2007. Introducción a la Química Ambiental., Reverte Ediciones, S.A de C.V. México.  Paredes, D., Guerrero, J, Castaño, JM. 2001. Metodología para la evaluación de la calidad del agua. Scientia et Technica. Nº15. Páginas: 113-119. Video recomendado: https://www.youtube.com/watch?v=ckrAZ52sIUw