Sedimentadores Secundarios y Terciarios

Sedimentadores

• Los sedimentadores son unidades diseñadas para separar y remover partículas sólidas suspendidas en el agua mediante la acción de la gravedad.
• Existen tres tipos de sedimentadores: primarios, secundarios y terciarios, cada uno adecuado para diferentes fases del tratamiento de aguas residuales.
• Los sedimentadores primarios remueven sólidos suspendidos y materia orgánica en las primeras etapas del tratamiento.
• Los sedimentadores secundarios eliminan los sólidos biológicos (lodos activados) generados en los tanques de aireación.
• Los sedimentadores terciarios se utilizan para un pulido adicional del agua tratada, eliminando sólidos finos que no fueron capturados en etapas anteriores.

Condiciones de Operación

• La tasa de carga superficial adecuada es de 1-3 m³/m²·h para sedimentadores primarios.
• El tiempo de retención hidráulico es de 1.5-3 horas para permitir la sedimentación de las partículas.
• Los lodos sedimentados deben ser removidos regularmente del fondo del tanque para evitar su acumulación y mantener la eficiencia del proceso.

Restricciones para la Operación

• La carga orgánica alta puede producir una cantidad excesiva de lodos, sobrecargando el sistema y reduciendo la eficiencia de sedimentación.
• Las fluctuaciones de caudal pueden afectar la eficiencia del sedimentador, alterando el tiempo de retención y la tasa de carga superficial.
• Las condiciones ambientales, como la temperatura, pueden afectar la viscosidad del agua y la tasa de sedimentación.

Desbaste

• El desbaste es una etapa crucial en el tratamiento de aguas residuales, encargada de la remoción de sólidos grandes y flotantes que pueden obstruir o dañar el equipo en las etapas posteriores del proceso de tratamiento.
• El desbaste se realiza mediante el uso de diferentes tipos de equipos, como rejas gruesas y finas, tamices rotativos y estacionarios, y desbastadores mecánicos.
• La velocidad del flujo es fundamental para mantener una velocidad adecuada del agua que fluye a través de las rejas y tamices.

Ejemplos

• La planta de tratamiento de aguas residuales de Stickney (Chicago, EE.UU.) es una de las plantas más grandes del mundo, y emplea avanzados sistemas de desbaste que incluyen tamices rotativos y rejas automáticas.

Flotación en la Industria Minera

• La flotación es un proceso esencial en la industria minera, permitiendo la separación eficiente de minerales valiosos de otros materiales.
• Se basa en la adhesión diferencial de los minerales a las burbujas de aire, donde los minerales hidrofóbicos se adhieren a las burbujas y son llevados a la superficie, mientras que los minerales hidrofílicos permanecen en la pulpa.

Principios Fundamentales de la Flotación

• La teoría de la flotación abarca aspectos como la química de la superficie de los minerales y la dinámica de las burbujas de aire.
• La flotación se basa en la interacción entre los minerales y las burbujas de aire, lo que permite la separación de minerales valiosos.

Equipos y Tecnologías de Flotación

• En la industria minera, se utilizan diversos equipos como celdas de flotación mecánicas, neumáticas y columnares.
• La selección del equipo adecuado depende de factores como la naturaleza del mineral y los objetivos de recuperación.
• Los avances tecnológicos han mejorado la eficiencia y la productividad de las operaciones de flotación.

Condiciones Operativas Óptimas

• El control preciso de las condiciones de operación, como el pH y la densidad de pulpa, es crucial para optimizar el rendimiento del proceso de flotación.
• Mantener condiciones óptimas garantiza una separación efectiva de los minerales valiosos, maximizando así la rentabilidad de la operación minera.

Desafíos y Restricciones en la Operación

• Los operadores de plantas de flotación enfrentan desafíos como la variabilidad del mineral de alimentación y la necesidad de equilibrar la recuperación de minerales con la producción de relaves.
• La gestión efectiva y la innovación son clave para superar estos desafíos y garantizar un rendimiento óptimo del proceso.

Aplicaciones Específicas en la Industria Minera

• La flotación se utiliza en una variedad de aplicaciones, desde la extracción de metales preciosos hasta la producción de minerales industriales.
• En regiones como Zamora-Chinchipe, Ecuador, la tecnología de flotación ha impulsado el crecimiento de la minería del oro, ofreciendo nuevas oportunidades económicas.

Innovación y Futuro de la Flotación

• El desarrollo continuo de nuevas tecnologías y enfoques innovadores es fundamental para abordar los desafíos actuales y futuros en el proceso de flotación.
• La investigación en áreas como la automatización, la inteligencia artificial y la química de superficies promete mejorar la eficiencia y la sostenibilidad de la flotación en la industria minera.

Proceso de Coagulación-Floculación

• La floculación es un proceso que actúa solo o como coadyuvante, aumentando el tamaño de los flóculos.
• La coagulación y floculación son procesos que a menudo se usan juntos para eliminar impurezas y contaminantes.

Factores que Condicionan la Floculación

• Dosis óptima de polímero: la cantidad máxima de polímero que puede ser adsorbido sobre sólidos para producir un sistema floculado sin romper enlaces superficiales.
• Agitación: necesaria para la dispersión homogénea del polímero en el agua, favoreciendo la formación homogénea de flóculos.
• Peso molecular: afecta la eficacia en la floculación, los polímeros de mayor peso molecular permiten una mayor adsorción por parte de las partículas sólidas y optimizan la dosis de polímero.

Tipos de Floculación

• Floculación Pericinética: se caracteriza por los contactos por bombardeo de las partículas producidos por el movimiento de las moléculas del líquido, solo actúa al comienzo del proceso.
• Floculación Ortocinética: se caracteriza por los contactos por turbulencia del líquido, efectivo solo con partículas mayores a un micrón, actúa durante el resto del proceso.

Condiciones de Operación

• La mezcla suave aumenta el tamaño de las partículas de microflóculos submicroscópicos a partículas suspendidas visibles.
• El choque de las partículas de microflóculos hace que se unan para producir flóculos más grandes y visibles.

Coagulación

• Es el proceso por el que los componentes de una suspensión o disolución estable son desestabilizados por superación de las fuerzas que mantienen su estabilidad.
• Neutraliza la carga eléctrica del coloide anulando las fuerzas electrostáticas repulsivas, mediante el uso de sales de aluminio o hierro (coagulantes).

Intercambio iónico

• El intercambio iónico es un proceso químico que se utiliza para eliminar impurezas del agua mediante el intercambio de iones entre un sólido y un líquido.

Tipos de intercambio iónico

• Desmineralización: eliminación de minerales del agua
• Catión-Anión: intercambio de iones positivos y negativos
• Lecho mixto: combinación de resinas catiónicas y aniónicas
• Desnitrificación: eliminación de nitratos
• Descarbonatación: eliminación de iones de carbonato
• Descalcificación: eliminación de iones de calcio
• Otros: otros tipos de intercambiadores iónicos

Funcionamiento

• Los intercambiadores de iones son sustancias insolubles que se presentan en forma granular, como pequeñas perlas, denominadas resinas.
• Las resinas absorben iones de una solución y ceden a cambio una cantidad equivalente de otro ion sin modificación aparente de su aspecto físico ni de su solubilidad.
• El intercambio solo funciona entre iones de igual carga eléctrica (cationes por cationes y aniones por aniones).

Regeneración de la resina

• La regeneración es necesaria cuando la resina se agota.
• El proceso de regeneración implica un contra-lavado, lavado con una solución regenerante y un lavado final.
• La solución regenerante depende del tipo de resina: HCl o HSO4 para resinas catiónicas, NaOH para resinas aniónicas.

Aplicaciones

• Ablandamiento del agua: eliminación de iones de calcio y magnesio que provocan la dureza del agua.
• Eliminación de contaminantes iónicos: se utiliza para eliminar impurezas del agua.
• Procesamiento de alimentos: se utiliza en la industria alimentaria para mejorar la calidad del agua utilizada en la producción.
• Desmineralización del suero de leche: se utiliza para recuperar y convertir la lactosa y las sales minerales en sustancias más valiosas.

Control y Operación de Lodos Activados

• La carga orgánica debe estar dentro de los límites de diseño del sistema para evitar sobrecarga y asegurar una eficiente actividad microbiana.
• Es esencial controlar y eliminar el exceso de lodos para evitar problemas ambientales y cumplir con las regulaciones.

Gestión de Parámetros Operativos

• pH: debe estar dentro de límites óptimos para la actividad microbiana.
• Temperatura: condiciones ambientales que afectan la actividad microbiana y la eficacia del tratamiento.
• Contenido de nutrientes (nitrógeno y fósforo): deben estar dentro de límites óptimos para la actividad microbiana.
• Oxígeno disuelto: es fundamental para la actividad microbiana y la eficacia del tratamiento.

Restricciones Ambientales y Regulatorias

• Normas de calidad para el tratamiento del agua: las aguas residuales tratadas deben cumplir con las normas de calidad establecidas por las autoridades ambientales.
• Condiciones climáticas: las condiciones ambientales, como la temperatura, pueden afectar la actividad microbiana y la eficacia del tratamiento.

Sistema de Lodos Activados

• Es un proceso de purificación de agua basado en el uso de microorganismos que crecen en aguas residuales.
• El objetivo es eliminar toda la materia orgánica disuelta después del tratamiento primario.
• El proceso incluye: aireación, sedimentación secundaria, separación de sólidos biológicos y reciclado de lodos activados.

Condiciones de Operación

• Oxígeno disuelto (OD): fundamental para la actividad microbiana y la eficacia del tratamiento.
• Tiempo de retención hidráulica (HRT): importante para la eficiencia del proceso.
• Tiempo de retención de celda (CRT): fundamental para la eficiencia del proceso.
• Contenido de sólidos suspendidos volátiles (VSS): importante para la eficiencia del proceso.
• Relación F/M (alimentos/microorganismos): fundamental para la eficiencia del proceso.

Restricciones para la Operación

• Capacidad del sistema: el diseño debe ser adecuado para manejar el caudal y la carga orgánica máxima esperada.
• Tamaño del tanque de aireación y tratamiento: debe ser suficiente para permitir un tiempo de retención y separación de sólidos adecuados.
• Suministro de oxígeno: el sistema de aire debe poder producir suficiente oxígeno para mantener las condiciones aeróbicas.

Desinfección del Agua

• La desinfección del agua es el proceso mediante el cual se eliminan o inactivan los microorganismos patógenos presentes en el agua, como bacterias, virus, y protozoos, que pueden causar enfermedades.
• La desinfección es el paso final antes de distribuir las aguas ya tratadas al ambiente, y es para matar microorganismos que pueden representar un peligro para la salud.

Tipos de Desinfección

• Mediante cloración: es el sistema más sencillo y económico para un tratamiento terciario de reutilización de agua para riego de jardines y plantas.
• La cloración requiere el empleo y manipulación de un producto químico como el hipoclorito de sodio.
• Mediante radiación ultravioleta (luz ultravioleta): proporciona una desinfección inmediata y más efectiva que la cloración.
• No requiere depósitos de contacto ya que la desinfección se realiza de forma instantánea mediante el paso de agua por el equipo de tratamiento ultravioleta.
• Mediante ozonización: el ozono es un poderoso oxidante y desinfectante con una velocidad de esterilización superior a la de un tratamiento convencional de cloro.
• La ozonización ayuda a reducir la dependencia de combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero.

Ejemplo de Desinfección Aplicado a Nivel Nacional en Ecuador

• La Planta de Tratamiento de Agua Envasada de la Empresa Pública - Empresa Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Ambato (EP - EMAPA -A) aplica el proceso de desinfección a nivel nacional en Ecuador.
• El proceso se basa en la Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2 200:2008, la cual establece los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos requeridos para un tratamiento de desinfección.
• La empresa implementa un proceso eficiente de desinfección a base de ozono para agua envasada, respaldadas mediante previos análisis fisicoquímicos, microbiológicos y sensoriales.

Tratamiento de Aguas Residuales

• El tratamiento de filtración a través de vermifiltros utiliza lombrices para eliminar contaminantes orgánicos y sólidos suspendidos presentes en el agua.
• Las lombrices se alimentan de los contaminantes orgánicos y los convierten en humus, un material orgánico rico en nutrientes que puede ser utilizado como fertilizante.
• El vermifiltro es una alternativa más sostenible y respetuosa con el medio ambiente en comparación con otros métodos de tratamiento convencionales.

Condiciones de Operación de Vermifiltros

• Mantener una capa de lombrices vivas en el filtro para asegurar su eficacia en la descomposición de materia orgánica y eliminación de contaminantes.
• Mantener una adecuada humedad en el filtro para facilitar la actividad de las lombrices.
• Evitar el exceso de humedad en el filtro que pueda causar la proliferación de bacterias anaeróbicas y la producción de malos olores.
• Evitar la compactación del sustrato del filtro para mantener una adecuada aireación y facilitar la circulación del agua.

Restricciones para la Operación de Vermifiltros

• No utilizar materiales inadecuados en la construcción del filtro, ya que pueden afectar su eficiencia.
• Evitar el uso de productos químicos que puedan dañar el medio ambiente o la capa biológica del filtro.
• No sobrecargar el filtro con desechos orgánicos, ya que esto puede afectar su capacidad de filtración.
• Evitar la instalación del filtro en zonas de alto tráfico o con presencia de animales que puedan dañarlo.

Procesos Biológicos de Eliminación de Nitrógeno

• Los procesos de nitrificación y desnitrificación vía nitrato son los más comúnmente utilizados para la eliminación del nitrógeno de las aguas residuales.
• Las tecnologías basadas en la ruta del nitrito permiten optimizar la explotación de las EDAR, obteniendo un elevado rendimiento de eliminación a bajo coste.

Procesos no Convencionales de Eliminación de Nitrógeno

• Los procesos biológicos de eliminación de nitrógeno amoniacal vía nitrito han sido considerados como alternativas interesantes, desde el punto de vista de eficiencia energética y de producción de fangos.
• Estas tecnologías se han extendido de manera general al tratamiento de corrientes con elevada concentración de nitrógeno amoniacal, como es el caso de los lixiviados procedentes de los vertederos de residuos sólidos y corrientes de agua residual de origen agropecuario.

Materiales Adsorbentes

• El carbón activado, zeolitas, arcillas, y materiales sintéticos como resinas de intercambio iónico son comúnmente utilizados como adsorbentes.
• El carbón activado es el sólido universalmente utilizado en el tratamiento de aguas, aunque se han desarrollado nuevos materiales que mejoran sus propiedades.

Condiciones de Operación

• El pH del agua influye en la capacidad de adsorción, siendo el carbón activado más eficiente en pH bajos para ciertos contaminantes orgánicos.
• La temperatura afecta la adsorción, siendo la adsorción física exotérmica y la adsorción química favorecida por temperaturas más altas.
• La concentración del contaminante y el tiempo de contacto entre el agua y el adsorbente también influyen en la capacidad de adsorción.
• La agitación y el flujo continuo del agua a través del lecho de adsorbente aseguran un mejor contacto entre el contaminante y el adsorbente.

Factores que Afectan la Adsorción

• La solubilidad, la estructura molecular, el peso molecular, la polaridad y el grado de saturación del adsorbente pueden afectar la adsorción.

Restricciones o Limitantes

• Cada adsorbente tiene una capacidad máxima, más allá de la cual no puede adsorber más contaminantes.
• El costo del adsorbente, la regeneración y el manejo de residuos, y la selectividad del adsorbente pueden ser limitantes.
• La presencia de otros contaminantes en el agua puede interferir con el proceso de adsorción, reduciendo su eficiencia.

Ejemplos de Aplicación

• La planta de tratamiento de aguas residuales de Quitumbe en Quito, Ecuador utiliza carbón activado para la adsorción de contaminantes orgánicos.
• La planta de tratamiento de agua de la Ciudad de Nueva York utiliza carbón activado en polvo para adsorber compuestos orgánicos volátiles y otros contaminantes.

Diferencia entre Absorción y Adsorción

• La absorción ocurre cuando una sustancia en estado gaseoso se incorpora al volumen de otra sustancia en estado líquido.
• La adsorción es el fenómeno que se presenta cuando una sustancia se adhiere a la pared de un sólido.

Osmosis

• La ósmosis es un fenómeno que se produce cuando hay una diferencia en la concentración de solutos a ambos lados de una membrana semipermeable, lo que genera una diferencia de presión osmótica.
• La ósmosis es un proceso que se produce en el interior de los organismos y en el medio exterior.
• En el interior de los organismos, la ósmosis se produce en las células, como en los glóbulos rojos, que pueden estar en una solución hipertónica y liberar agua para igualar la concentración con el medio exterior.
• En el medio exterior, la ósmosis se produce en organismos vivos como las plantas expuestas a ambientes salinos, que requieren de un sistema de osmorregulación para tolerar la salinidad.

Importancia de la Osmosis

• La ósmosis es un fenómeno que tiene una gran importancia en la fisiología de las células de los seres humanos y de los animales.
• La osmorregulación es un proceso activo que hace posible mantener la presión osmótica en el nivel adecuado y mantener la homeostasis del organismo.

Osmosis Inversa

• La ósmosis inversa es un proceso de purificación de agua que se utiliza para eliminar sales, minerales y metales pesados del agua potable.
• La ósmosis inversa es la más efectiva para la purificación de agua y se utiliza en el proceso de agua potable.

Ejemplo de Ósmosis

• Un ejemplo de ósmosis es cuando se extrae una hoja de acelga de una planta y se termina secando debido a la deshidratación.
• Si se coloca la hoja seca en un recipiente con agua, se logrará nuevamente su hidratación en virtud de la ósmosis.

Factores clave para la fitorremediación exitosa

• La selección de especies vegetales adecuadas que puedan remover o degradar contaminantes específicos.
• Condiciones físicas y químicas del suelo, como pH, salinidad y contenido de nutrientes, que afectan el crecimiento vegetal y la eficacia de la fitorremediación.
• Concentración del contaminante, que debe estar dentro de los límites tolerables para la planta.
• Riesgos de lixiviación, que pueden afectar la eficacia de la fitorremediación.
• Accesibilidad a la zona contaminada para implementar técnicas de fitorremediación.

Restricciones para la operación de la fitorremediación

• La fitorremediación solo puede tener efecto en la zona ocupada por las raíces de las plantas, lo que limita su alcance a un área y profundidad específicas.
• Condiciones físicas y químicas del suelo que pueden afectar el crecimiento vegetal y la eficacia de la fitorremediación.

Tipos de fitorremediación

• Fitodegradación: degradación de contaminantes por enzimas especiales en plantas.
• Rizorremediación: degradación de contaminantes por microorganismos que viven en las raíces de las plantas.
• Fitoestabilización: absorción y inmovilización de contaminantes por plantas.

Condiciones de operación para la fitorremediación

• Disponibilidad y toxicidad de los contaminantes en el entorno.
• Capacidad de las especies vegetales seleccionadas para la fitorremediación.
• Concentración del contaminante, que debe estar dentro de los límites tolerables para la planta.
• Riesgos de lixiviación y accesibilidad a la zona contaminada.

Ejemplos de aplicaciones de la fitorremediación

• Tratamiento de aguas contaminadas utilizando plantas.
• Investigación en Ecuador sobre el uso de la fitorremediación para tratar contaminantes como hidrocarburos y metales pesados.
• Tratamiento de aguas residuales urbanas utilizando biorremediación con vegetales.
• Uso de especies fitoextractoras, como la Arabidopsis thaliana, para absorber y degradar contaminantes tóxicos.