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ELEARNI NG CONTRI BUCI ON DE LOS OPERADORES EN LA GESTI ON DE LAS AQUAS RESI DUALES

TOMO 1

ENFOQUE PRELI MI NAR


Rol y contribución de los Operadores en la Gestión de las aguas residuales El rol de los operadores para la sociedad, para el medio ambiente, para el desarrollo sostenible,con una gerencia correcta y optimizada de las aguas residuales en el marco de una gestión holística del medio ambiente 1.1.1. Introducción Antes de que la sociedad moderna entrase en escena, el agua se purificaba de manera natural con un ciclo parecido al que se muestra aquí debajo:

Fig 1.1.1.Ciclo natural simplificado de purificación del agua Sin embargo, la sociedad moderna con su uso intensivo de los recursos hídricos que ha llevado a la consiguientecontaminación de las aguas, no podía esperar a que el sol, el viento y el tiempo cumplieran con la purificación del agua sucia; consecuentemente se empezó a construir plantas de tratamiento de aguas residuales. De esta manera, se le daba a la naturaleza una ayuda por parte de un equipo de diseñadores, constructores y operadores de plantas de tratamiento. Losdiseñadores y constructores aparecen en la escena solamente para un pequeño intervalo, mientras que los operadores continúan portiempoindefinido. Ellos representan el enlace final y esencial para mantener y proteger el medio acuáticodelcual depende todo tipo de vida.


Fig 1.1.2.Ciclo actual y complejo de la purificación de agua natural-artificial Los operadores de plantas de tratamiento de aguas residuales tienen una función importante en la sociedad para el medio ambiente, para el desarrollo sostenible en el marco de unagestiónholística del medio ambiente. 1.1.1 ¿Qué hace un operador de planta de tratamiento de aguas residuales? Dicho de manera simple, el operador se encarga de que la planta se mantenga funcionando. Físicamente, el operador gira válvulas, enciende interruptores, recoge muestras, lubrica equipos, lee indicadores, y registra datos. Un operador también puede encargarse del mantenimiento de los equipos y de las zonas de la planta pintando, ocupándose del las zonas verdes, reparando maquinaria y sustituyendo piezas. Mentalmente, el operador examina los datos, observa las condiciones, hace cálculos para averiguar que la planta esté funcionando bien, puede evaluar el mantenimiento necesario y todo lo que asegure que la planta siga funcionando correctamente. El operador debe también explicar a los supervisores, a los organismos públicos ycívicos y al público en general que es lo que hace la planta y, sobretodo, porqué su apoyo financiero continuo y extendidoes fundamental para el bienestar de la comunidad. 1.1.2 ¿Para que trabaja el operador de plantas de tratamiento de aguas residuales? El sueldo de un operador normalmente viene de una ciudad, de un distrito sanitario o de otro organismo público. De todas formas, el operador puede ser contratado también por las industrias, grandeshoteles, camping y otras instalaciones que tienen sus propias plantas de tratamientodeagua. Los operadores también pueden trabajar por contratistas privados que operan con plantas de tratamiento de aguas municipales o industriales. Como operador, es responsable de cara a su empleador demantener su instalación eficiente y económica. Esta es una obligación aún más importante teniendo en cuenta quelos usuarios que necesitan el suministrohídrico dependen totalmente de la competencia y de la confiabilidad del operador para su bienestar. En última instancia, el operador está trabajando para las necesidades fundamentales de los usuarios del suministrohídrico.

1.1.3 ¿Qué se necesita para ser un operador deplantas de tratamiento de aguas residuales? Tener ganas. Primero tiene que decidir el hecho de dedicarse a esta profesión. Se puede hacer teniendo un diploma de instituto o bachillerato, con universidad o escuela técnica o con educación científica relacionada. El nivel de educación requerido depende esencialmente del tipo de tratamiento que se desarrolla en la instalación y también de la certificación local y de los requisitos de entrada del puestodetrabajo. Aunque el empleo de labor manual sigue existiendo,se está desarrollando una necesitad real y creciente de operadoresformados. Nuevas técnicas, equipos tecnológicamente más avanzados y aumento de instrumentaciónexigen un nuevo tipo de operador, alguien que desee aprender hoy para obtener mañana, para asegurar que la planta avance haciadelante de manera nueva y con procedimientos operacionales y procesos de tratamiento más efectivos.


De hecho, el verdadero operador convocaciónde servicio es el que aporta y ayuda a mejorar el rendimiento de la planta de forma continua. Usted puede ser un operador mañana tras empezar su aprendizaje hoy; o puede ser un mejor operador, listo para el progreso, acelerando su aprendizaje hoy. 1.1.4 Su curso de capacitación personal Comenzando por esta página, está empezando un curso de capacitación que ha sido cuidadosamente preparado para permitirle mejorar su conocimiento y su capacidad deoperar en una planta de tratamiento de aguas. Será capaz deproceder asu propio paso, tendrá una oportunidad para aprender un poco o mucho de cada tema. El curso ha sido preparado de esta manera para cumplir las diferentes necesidades de los operadores, dependiendo de la tipología de planta con la que trabaje o cuanto necesita aprender sobre el tema. Para estudiar para los exámenes de certificación, deberá cubrir todo el temario. No llegará a saber todo sobre su planta o sobre las aguas residuales que circulan en ella, sin embargo podrá empezar a dar respuesta a importantes preguntas sobre cómo y cuándo pasan determinadas cosas en la planta. Podrá también aprender a manipular su planta para que esta pueda operar con máxima eficiencia. 1.1.5 ¿Qué es lo que usted ya sabe? Si tiene ya alguna experiencia en operar en una planta de tratamiento de aguas residuales, puede utilizar los primeros tres capítulos para repasar. Sino ha tenido conocimiento en el campo de tratamiento de aguas residuales, estos capítulos le proporcionarán la información de base necesaria para entender los capítulos sucesivos. El resto de este capítulo de introducción describe su rol como protector de la calidad de las aguas, sus calificaciones para hacer su trabajo, algunas cosas sobre la necesidad de personal en el campo de tratamiento de aguas y algunas informaciones sobre otras oportunidades de formación. El capítulo tres se enfocará en el problema de los olores teniendo en cuenta que es el problema principal para personas que viven enclimas cálidos o en áreas cerca de plantas de tratamiento de aguas residuales. 1.1.6 Los procesos de protección de la calidad de las aguas Históricamente, hemos mostrado una gran falta de interés en la protección de nuestros recursos hídricos. Nos hemos conformado con el concepto de “la solución a la contaminación es la dilución”. Durante años éramos capaces de volcar nuestros residuos, con escasaoningunadepuración, en las AGUAS RECEPTORAS más cercanas o en el más cercano torrente o arroyo o al mar o en un pozo de la maneramásfácil. Siempre y cuando había bastante agua de dilución para absorber material de desecho, la naturaleza solucionaba los problemas deeliminación para nosotros. Mientras más y más ciudades e industrias surgían, la carga de residuos aumentaba hasta que el proceso natural de purificación no pudo más. Muchos cursos de agua se convirtieron en cloacas abiertas. Desafortunadamente, en muchas áreas esto no constituyó una señal para empezar una campaña de limpieza. Solo tuvo el efecto para que se empezara a decir: “No tenemos dinero para plantas de tratamiento” o mejor “Si ponemos tratamiento en las industrias no vamos a mover los residuos en otra ciudad o en otra área, lejos de nosotros”. Y así la contaminación de las aguas (superficiales, subterráneas y de la mar cerca de los golfos) seguía aumentando.


En los últimos treinta años, hemos asistido a muchos cambios en esta imagen tan depresiva. Ahora sabemos que tenemos que echarle una mano a la naturaleza tratando los residuos antes de su vertido.Un tratamiento adecuado de los residuos no solamente protegerá nuestra salud y la de nuestros vecinos sino que también podrá aumentar el valor de las propiedades, permitirá de disfrutar de la pesca deportiva y de otros usos recreativos y atraer industrias que utilizan las aguas. A día de hoy, estamos viendo que se han emprendido grandes esfuerzos para controlar la contaminación de las aguas y mejorar la calidad de la misma no solamente por parte de su comunidad, su área y su país sino que también de la Comunidad Europea. Ingentes sumas de dinero, tanto público como privado, están siendo invertidas en grandes instalaciones de tratamiento de aguas residuales municipales e industriales para superar losproblemas de contaminación; y usted, el operador de plantas de tratamiento, tendrá un rol clave en esta batalla. Si la planta no funciona demodo eficiente, muchos de las investigaciones, planificaciones y construcciones que se han hecho y que se harán para alcanzar el objetivo de calidad de las aguas resultaráninútil. Usted es la diferencia entre una instalación y una unidad derendimiento. Usted es, de hecho, el protector de la calidad de las aguas en la primera línea de la batalla contra la contaminación de las mismas. El estándar de calidad de las aguas receptoras y los requisitos de vertido de desechos para los que su planta ha sido construida, han sido formulados para proteger alos usuarios finales de las aguas que salen de su planta. Estas aguas pueden ser usadas para el suministro doméstico, industrial y agrícola, el riego de ganadería y reservas naturales, lareproducción de peces yotra fauna acuática y marina, el cultivo de moluscos, la natación y otros deportes acuáticos, la navegación, el disfruteestético, laenergía hidroeléctrica y mucha más cosas. Por tanto, tiene una obligación hacia los usuarios de las aguas, como hacia las personas de su barrio omunicipio. Usted es el protector clave de la calidad de las aguas y tiene que asumir que está en una posición de responsabilidad. El mayor beneficio para un programa satisfactorio de tratamiento de aguas residuales es la protección de la salud pública. Preguntas Escriba su respuesta en una libreta y compárela con las de página.. 1.1A ¿Cuantas aguas receptoras han sido contaminadas? 1.1B ¿Por qué las aguas residuales industriales y municipales deben tener un adecuado tratamiento? 1.1.8

SUS CALIFICACIONES

Las aptitudes y capacidad exigida para su trabajo dependen en gran medida del tamaño y el tipo de planta de tratamiento donde trabaja. Usted puede trabajar en una planta grande y moderna que sirve cientos de miles de personas y con una plantilla de más de cien operadores. En este caso probablemente es un especialista en una o más fases del proceso de tratamiento. Por otra parte, puede operar con una planta pequeña que sirve solo a unas miles de personas o menos. Usted puede ser el único operador de la planta o, a lo mejor,


puede que haya uno o dos empleado más. Si este es el caso, debe de ser el que se encarga de todo debido a las diferentes tareas que tiene que llevar a cabo. 1.1.8.1Su trabajo Para describir las funciones del operador, tenemos que empezar desde el principio. Hay que subrayar que la necesidad de plantas de tratamiento nuevas o mejoradas ha sido ampliamente reconocida por la Comunidad. De hecho, la Comunidad ha votado para la emisión de los Bonos necesarios para financiar el proyecto y los ingenieros consultores han entregado planos y las especificaciones necesarias. Es para el interés de la propia Comunidad y de los ingenieros que participe al proceso de planificación. Si la planta es nueva, usted tendría que estar presente o por lo menos disponible durante la época de construcción con el fin de familiarizarse con la planta por entero, incluyendo equipamiento, maquinaria y su funcionamiento. Esto le dará la posibilidad de relacionar los dibujos de su planta con las instalaciones actuales Con el ingeniero deberíais ir discutiendo sobre como la planta debería ser gestionadamejory sobre el significado de las operaciones que el diseñador tenía en mente cuando diseñó la planta. Si es el caso de una planta vieja que debe ser remodelada o ampliada, usted está en la posición de dar consejos excelentes al ingeniero consultor. Su experiencia proporcionará un valioso conocimiento técnico sobre las características de las aguas residuales, su fuente y las limitaciones de las instalaciones actuales. Junto con el consultor, es miembro de un equipo de expertos capaces de aconsejar al barrio o la ciudad. Una vez que la planta esté funcionando, se convertirá en un administrador. En una planta pequeña, sus funciones pueden no incluir la supervisión de personal, peroes responsable de los documentos. También es responsable de que la planta funcione lo mejor posible, teniendo en cuenta que el objetivo primario es proteger la calidad de las aguas receptoras mediante un rendimiento continuo y eficiente de la planta. Sin unas anotaciones adecuadas y fiables de cada fase de funcionamiento la eficacia de su gestiónno se puede documentar. Usted será también el administrador del presupuesto. Con toda seguridad está en la mejor posición para dar consejos sobre los requisitos presupuestarios, los problemas de gestión y la planificación futura.Tendrá que ser consciente de la necesidad de gastos adicionales, incluso fondos para ampliar la planta, para la sustitución de equipos y las necesidades de laboratorio. Tendrá que identificar y definir estas necesidades con tiempo suficiente para informar los funcionarios apropiados para que puedan hacer una planificación y elaborar un presupuesto. Usted está en el campo de las relaciones públicas y tiene que saber explicar el objetivo y el funcionamiento de la planta a los visitadores, las organizaciones cívicas, escuelas, representantes de los medios de difusión y hasta al ayuntamiento o las autoridades de su zona. El interés público para la calidad de las aguas es creciente, y debería estar preparado para realizar visitas guiadas de la planta que pueden contribuir a la aprobación pública la aceptación y el apoyo del público. Una buena visita guiada para los funcionarios de organismos de regulación u otros operadores puede dar un conocimiento de su planta suficiente para que ellos puedan sugerir soluciones a problemas de funcionamiento. El


aspecto de su planta indica al visitador el tipo de funciones que lleva a cabo. Si la planta está sucia y deteriorada, con moscas y otros insectos que se encuentran por allí, no podrá convencer a los visitadores que la planta esté funcionando bien. Sus anotaciones que demuestran una alta calidad del efluente no significarán nada para los ciudadanos que están visitando la planta si esta no aparece limpia, en buenas condiciones y con un efluente que con buen aspecto. Entre otrasfuncionestendrá que mantener relaciones con los usuarios finales del agua. Desafortunadamente, estos usuarios muchas veces consideran al operador como un contaminador más que a un protector de las aguas. Mediante un buen programa de información pública, basada en hechos suportados por datos fiables, se puede corregir la impresión que tienen los usuarios y establecer una relación de “buenos vecinos”. Esto es ciertamente un desafío. De nuevo tiene que entender que tiene una position de grande responsabilidad y ser consciente de queel único objetivo del funcionamiento de su planta es proteger el usuario final, sea esto un propietario de una propiedad privada, otra ciudad o barrio, una industria o un pescador. También se le requiere el entender sobre métodos de laboratorio para poder llevar a cabovarias pruebassobre muestras de aguas residuales y receptoras. A la luz de los datos obtenidos con estas pruebas tendrá que ajustar el funcionamiento de la planta de tratamiento para alcanzar los estándares del flujo receptor o losrequisitos del vertido. Como operador, debe tener conocimiento de los complicados principios mecánicos involucrados en muchos mecanismos de tratamiento. Para medir y controlar el flujo de aguas residuales a través de la planta, tiene que saber algo de hidráulica. También son esenciales conocimientos prácticos de motores eléctricos, circuitos eléctricos y dispositivos de control. La seguridad es otra responsabilidad importante de un operador. Desafortunadamente, demasiados operadores dan por descontada la seguridad. Esta es una de las razones por la que la industria de tratamiento de aguas residuales tiene lospeores informes de seguridad de cualquier industria. Tiene la responsabilidad de asegurarse que de su planta sea un lugar seguro para trabajar y visitar. Todo el mundo debe seguir todos los procedimientos de seguridaden todo momento. Está claro que el operador de hoy en día debe poseer una amplia gamadecualificaciones. PREGUNTAS Escriba su respuesta en una libreta y compárela con las de página.. 1.1C ¿Por qué es importante que el operador esté presente durante la construcción de una nueva planta? 1.1D ¿Cómo participa el operador en las relaciones públicas?

1.1.9NECESIDAD DE PERSONAL Y OPORTNIDADES FUTURAS DE TRABAJO


El campo de tratamiento de aguas residuales, al igual que muchos otros, está cambiando rápidamente. Nuevas plantas han sido construidas y las antiguas han sido modificadas y ampliadas para poder tratar el volumen de aguas residuales de nuestra creciente población y tratar nuevos productos químicos producidos por nuestra tecnología de la era espacial. Los operadores, el personal de mantenimiento, encargados, directores, expertos de instrumentación y técnicos de laboratorio son sumamente necesarios. Si miramos a los historiales y a las predicciones futuras, notamos que el tratamiento de aguas residuales está creciendo rápidamente. De acuerdo a nuestras estimaciones, los operadores de sistemas y plantas de tratamiento de aguas y aguas residuales han tenido alrededor de 1.500 empleos en el año 2012 (en España). Casi 4 de cada 5 operadores trabajaban para autoridades locales. Otros trabajaban principalmente para instalaciones de tratamiento de aguas privadas y aguas residuales y otros servicios colectivos privados y por compañías de servicios de tratamiento, eliminación y gestión de residuos privados. Las empresas privadas están ofreciendo cada vez más servicios operativos y de gestión a las autoridades locales mediante contrato. Los operadores de sistemas y de plantas de tratamiento de aguas y aguas residuales han encontrado trabajo en todo el país pero sobre todo en los pueblos más grandes y en las ciudades. Aunque casi todos los operadores trabajaban a tiempo completo, los que estaban en las ciudades más pequeñas trabajaban solo a tiempo parcial en la planta de tratamiento, ocupándose así el resto del tiempo de otros servicios municipales. Se prevé que el empleo de los operadores de sistemas y de plantas de tratamiento de aguas y aguas residuales aumentará tanto como el promedio de todos los otros trabajos hasta el año 2014. La información disponible indica que losoperadores actuales se jubilarán en un futuro próximo y esto generará una demanda aún mayor de operadores. Los factores que contribuyen a este aumento son el crecimiento demográfico, la jubilación de muchos operadores actuales, requisitos normativos, tratamientos más sofisticados y lanormativa de certificación de operadores. La necesidad de operadores formados está aumentando rápidamente y se espera que siga creciendo en el futuro. 1.1.10FORMARSE PARA RESPONDER A LAS NECESIDADES El curso de formación no es el único disponible para ayudarle a mejorar sus competencias. Muchas organizaciones(autoridades públicas, institutos o centros de formación, universidades etc.)han ofrecido varios tipos de cursos de formación para operadores tanto de largo como de corto plazo mediante sus departamentos de salud y también las asociaciones de control de contaminación de aguas han proporcionado clases de formación impartidas por miembros de las asociaciones, muchas veces de forma voluntaria. Este sistema de formación se enfoca en ayudar a organizaciones locales o nacionales en cada país para mejorar o desarrollar un sistema de e-learning según las necesidades de educación reales de los operadores de plantas de tratamiento de aguas residuales. Seguidamente se muestra un listado de las tres mejores referencias en el campo del funcionamiento de plantas de tratamiento de aguas residuales que se mencionan con frecuencia durante este curso.


"MOP 11." OPERATION OF MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANTS (MOP 11). Obtain from Water Environment Federation (WEF), Publications Order Department, 601 Wythe Street, Alexandria, VA 22314-1994. more‌ These publications cover the entire field of treatment plant operation. At the end of many of the chapters yet to come, lists of other the increase include population growth, retirement of many current operators, regulatory requirements, more sophisticated treatment, and operator certification regulations. The need for trained operators is increasing rapidly and is expected to continue to grow in the future. 1.1.11TRAINING YOURSELF TO MEET THE NEEDS This training course is not the only one available to help you improve your abilities. more ‌.. In USA many states have offered various types of both long- and short-term operator training through their health departments and water pollution control associations have provided training classes conducted by members of the associations, largely on a volunteer basis. The Water Environment Federation (WEF) has developed two visual aid training courses to complement its Manual of Practice No. 11. State and local colleges have provided valuable training under their own sponsorship or in partnership with others. Many state, local, and private agencies have conducted both long- and short-term training as well as interesting and informative seminars. The California Water Environment Association has prepared several excellent study guides for operators. Excellent textbooks have been written by many state agencies. Those of the New York State Health Department and the Texas Water Utilities Association deserve special attention. The Canadian government has developed very good training manuals for operators. Listed below are three very good references in the field of wastewater treatment plant operation that are frequently referred to throughout this course. The name in quotes represents the term usually used by operators when they mention the reference. Prices listed are those available when this manual was published and will probably increase in the future. "MOP 11." OPERATION OF MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANTS (MOP 11). Obtain from Water Environment Federation (WEF), Publications Order Department, 601 Wythe Street, Alexandria, VA 22314-1994. Order No. M05110. Price to members, $120.00; nonmem-bers, $148.00; plus shipping and handling. "NEW YORK MANUAL." MANUAL OF INSTRUCTION FOR WASTEWATER TREATMENT PLANT OPERATORS (two-volume set) distributed in New York by the New York State Department of Health, Office of Public Health Education, Water Pollution Control Board. Distributed outside of New York State by Health Education Services, PO Box 7126, Albany, NY 12224. Price $20.00 for the two-volume set, plus $5.00 shipping and handling. Make checks payable to Health Education Services.


'TEXAS MANUAL" MANUAL OF WASTEWATER TREATMENT, published by the Texas Water Utilities Association. These publications cover the entire field of treatment plant operation. At the end of many of the chapters yet to come, lists of other references will be provided. Profesiones, opciones, oportunidades, función de todos los asociados (Administraciones y autoridades), filosofía de colaboración ¿Cuál es la paga que puede esperar un operador? ¿En euros? ¿En términos de prestigio? ¿En satisfacción laboral? ¿En servicios a la comunidad? ¿En posibilidades de avance? En cualquier escala que utilice, la rentabilidad depende de lo que quiera. Si decide por un grande municipio, la paga es buena y las posibilidades de ascenso son las mejores. Si decide por un municipio pequeño a lo mejor la paga no es tan buena pero en términos de satisfacción laboral, flexibilidad de horario, servicio a la comunidad y prestigio puede tener más posibilidad de lograr la realización personal. La recompensa final depende de usted. En el trabajo de un operador hay muchos problemas diferentes dependiendo de la zona del país POSIBLES RESPUESTAS Usted no debe tener la respuesta exacta para las preguntas escritas, pero debe tener la idea correcta sobre el tema. El número de las preguntas se refiere a la sección del manual donde puede encontrar la información para la respuesta. Por ejemplo las respuestas a la pregunta número 1.0 se puede encontrar en la sección 1.0 “¿Qué es un operador de plantas de tratamiento?” Respuesta a las preguntas de pagina 5: 1.0A=C; 1.0B=C; 1.0C=A,B, C. Respuesta ala pregunta de página 6: 1.1A= Las aguas receptoras se contaminan por una escasa preocupación de la opinión pública sobre el impacto que tienen los vertidos de residuos en ellas y también por el hecho de verter aguas residuales en estas aguas receptoras superando la capacidad natural de purificación de las mismas. 1.1B Las aguas residuales municipales e industriales deben recibir un tratamiento adecuado para proteger los usuarios que reciben el agua. Respuestas a las preguntas de página 8: 1.1C= El operador debe estar presente durante la construcción de una nueva planta para que se vaya familiarizando antes de empezar a trabajar con la misma. 1.1D= El operador se involucra en la relaciones publicas explicando el objetivo y el funcionamiento de la planta a los visitadores, las organizaciones cívicas, escuelas, representantes de los medios de difusión y al ayuntamiento o las autoridades de su zona.


more …… Main Terms Used in wastewater management: AEROBIC BACTERIA Bacteria that will live and reproduce only in an environment containing oxygen that is available for their respiration (breathing), namely atmospheric oxygen or oxygen dissolved in water. Oxygen combined chemically, such as in water molecules (H20), cannot be used for respiration by aerobic bacteria. ALGAE Microscopic plants containing chlorophyll that live floating or suspended in water. They also may be attached to structures, rocks, or other submerged surfaces. Excess algal growths can impart tastes and odors to potable water. Algae produce oxygen during sunlight hours and use oxygen during the night hours. Their biological activities appreciably affect the pH, alkalinity, and dissolved oxygen of the water. ANAEROBIC BACTERIA Bacteria that live and reproduce in an environment containing no free or dissolved oxygen. Anaerobic bacteria obtain their oxygen supply by breaking down chemical compounds that contain oxygen, such as sulfate (S042~). BOD Biochemical Oxygen Demand. The rate at which organisms use the oxygen in water or wastewater while stabilizing decomposable organic matter under aerobic conditions. In decomposition, organic matter serves as food for the bacteria and energy results from its oxidation. BOD measurements are used as a surrogate measure of the organic strength of wastes in water. BIOCHEMICAL OXYGEN DEMAND (BOD) See BOD. BIOCHEMICAL OXYGEN DEMAND (BOD) TEST A procedure that measures the rate of oxygen use under controlled conditions of time and temperature. Standard test conditions include dark incubation at 20°C for a specified time (usually five days). COLIFORM A group of bacteria found in the intestines of warm-blooded animals (including humans) and also in plants, soil, air, and water. The presence of coliform bacteria is an indication that the water is polluted and may contain pathogenic (disease-causing) organisms. Fecal coliforms are those coliforms found in the feces of various warm-blooded animals, whereas the term "coliform" also includes other environmental sources. DISINFECTION The process designed to kill or inactivate most microorganisms in water or wastewater, including essentially all pathogenic (disease-causing) bacteria. There are several ways to disinfect, with chlorination being the most frequently used in water and wastewater treatment plants. Compare with STERILIZATION. EFFLUENT Water or other liquid—raw (untreated), partially treated, or completely treated—flowing FROM a reservoir, basin, treatment process, or treatment plant. EVAPOTRANSPIRATION The process by which water vapor is released to the atmosphere from living plants.Also called TRANSPIRATION. The total water removed from an area by transpiration (plants) and by evaporation from soil, snow, and water surfaces. INORGANIC WASTE Waste material such as sand, salt, iron, calcium, and other mineral materials that are only slightly affected by the action of organisms. Inorganic wastes are chemical substances of mineral origin; whereas organic wastes are chemical substances usually of animal or plant origin. Also see NONVOLATILE MATTER, ORGANIC WASTE, and VOLATILE SOLIDS. MILLIGRAMS PER LITER, mg/L


A measure of the concentration by weight of a substance per unit volume in water or wastewater. In reporting the results of water and wastewater analysis, mg/L is preferred to the unit parts per million (ppm), to which it is approximately equivalent. NUTRIENT NUTRIENT Any substance that is assimilated (taken in) by organisms and promotes growth. Nitrogen and phosphorus are nutrients that promote the growth of algae. There are other essential and trace elements that are also considered nutrients. Also see NUTRIENT CYCLE NUTRIENT CYCLE The transformation or change of a nutrient from one form to another until the nutrient has returned to the original form, thus completing the cycle. The cycle may take place under either aerobic or anaerobic conditions. ORGANIC WASTE Waste material that may come from animal or plant sources. Natural organic wastes generally can be consumed by bacteria and other small organisms. Manufactured or synthetic organic wastes from metal finishing, chemical manufacturing, and petroleum industries may not normally be consumed by bacteria and other organisms. Also see INORGANIC WASTE and VOLATILE SOLIDS PATHOGENIC ORGANISMS Bacteria, viruses, cysts, or protozoa that can cause disease (giardiasis, cryptosporidiosis, typhoid, cholera, dysentery) in a host (such as a person). There are many types of organisms that do not cause disease and are not called pathogenic. Many beneficial bacteria are found in wastewater treatment processes actively cleaning up organic wastes pH pH is an expression of the intensity of the basic or acidic condition of a liquid. Mathematically, pH is the logarithm (base 10) of the reciprocal of the hydrogen ion activity.The pH may range from 0 to 14, where 0 is most acidic, 14 most basic, and 7 neutral. POLLUTION The impairment (reduction) of water quality by agricultural, domestic, or industrial wastes (including thermal and radioactive wastes) to a degree that the natural water quality is changed to hinder any beneficial use of the water or render it offensive to the senses of sight, taste, or smell or when sufficient amounts of wastes create or pose a potential threat to human health or the environment. PRIMARY TREATMENT A wastewater treatment process that takes place in a rectangular or circular tank and allows those substances in wastewater that readily settle or float to be separated from the wastewater being treated. A septic tank is also considered primary treatment. RECEIVING WATER A stream, river, lake, ocean, or other surface or groundwaters into which treated or untreated wastewater is discharged. SECONDARY TREATMENT A wastewater treatment process used to convert dissolved or suspended materials into a form more readily separated from the water being treated. Usually, the process follows primary treatment by sedimentation. The process commonly is a type of biological treatment followed by secondary clarifiers that allow the solids to settle out from the water being treated. SEPTIC SEPTIC A condition produced by anaerobic bacteria. If severe, the sludge produces hydrogen sulfide, turns black, gives off foul odors, contains little or no dissolved oxygen, and the wastewater has a high oxygen demand. STABILIZATION STABILIZATION Conversion to a form that resists change. Organic material is stabilized by bacteria that convert the material to gases and other relatively inert substances. Stabilized organic material generally will not give off obnoxious odors. STERILIZATION STERILIZATION The removal or destruction of all microorganisms, including pathogens and other bacteria, vegetative forms, and spores. Compare with DISINFECTION.


TRANSPIRATION TRANSPIRATION The process by which water vapor is released to the atmosphere by living plants. This process is similar to people sweating. Also see EVAPOTRANSPIRATION.


1.2 Información básica y conocimiento 1.2.1. Definiciones La contaminación es la acción de contaminación ambiental con residuos hechos por el hombre. (Marriam-Webster). Eso incluye principalmente la tierra, el agua y el aire. La contaminación puede expresarse de diversas maneras incluyendo las menos conocidas contaminaciones acústica, lumínica y térmica. De todos los países del primer mundo, Estados Unidos, China y después la Unión Europea son las áreas donde se produce más contaminación en el mundo, según varios indicadores estadístico.

Fig.1.2.1 Contaminación de la tierra

Fig.1.2.2 Contaminación de las aguas

Fig.1.2.3. Contaminación del aire


Fig 2.4 Como los contaminantes de aire también contaminan las aguas Como se puede ver por la imagen la contaminación está en todas partes. La contaminación es una crisis global. No se puede considerar solo como un caso aislado, sino que puede afectar a cada persona en el mundo. Debemos hacernos más concienzudos y conscientes de que no somos solamente Españoles sino ciudadanos globales y ¡tenemos que cuidar del mundo en el que vivimos! 1.2.1.2 Contaminación: La prevención y el control de las emisiones es la manera mejor de solucionar el problema de contaminación y eliminar los impactos. El tratamiento de los impactos de la contaminación tiene un coste muy alto para la sociedad la salud humana y el medio ambiente. more …. SOME KNOWN IMPACTS OF POLLUTION TO HEALTH ARE REFFERED BELOW: http://www.pages.drexel.edu/~cy34/health.htm

1.2.2 Algunos aspectos básicos relacionados con el ciclo del agua y la contaminación 1.2.2.1 ¿Qué es una cuenca? Una cuenca es una superficie de tierra que puede drenar hacia un torrente, un rio o un lago. El límite de una cuenca varía según la escala: cuencas más pequeñas anidan dentro de las más grandes. Por ejemplo la cuenca del río Guadalquivir abarca territorios de Jaén, Córdoba, Almería, Granada, Málaga, Sevilla, Huelva y Cádiz, pero dentro de esta grande cuenca hay


muchas otras más pequeñas que drenan hacia más torrentes, ríos y arroyos locales. Y estos pueden a su vez fluir hacia ríos más grandes que pueden volver al Guadalquivir. 1.2.2.2. El ciclo del agua El agua distribuida en las cuencas como precipitación puede seguir diferentes caminos antes de llegar al flujo local. Algunas precipitaciones pueden infiltrarse en el suelo, donde pueden llegar a las aguas subterráneas poco profundas y luego moverse lateral y lentamente en el suelo para mantener el flujo de base de un arroyo local. El agua infiltrada puede llegar a aguas subterráneas más profundas, donde en sucesivamente puede ser bombeada como agua potable o para el riego. La infiltración es el proceso de movimiento de las aguas en el suelo. En la fase de infiltración, el suelo fundamentalmente atrapa la lluvia, el agua de riego o procedente del deshielo. Si la precipitación o el agua de riego caen demasiado rápidamente para infiltrarse en el suelo o caen sobre superficies impermeables como tejados o calzadas, el agua se mueve por vía terrestre como escorrentía superficial. La escorrentía superficial se mueve rápidamente hacia los ríos locales por el territorio y por desagües pluviales, exacerbando el riesgo de inundación río abajo. La escorrentía superficial puede ser preocupante porqué puede recoger contaminantes potenciales y repartirlos en ríos y lagos. Dependiendo del clima y del uso de la tierra en la cuenca, una porción significativa de la lluvia o del agua de riego aplicada a la tierra puede volver a la atmosfera a través de la transpiración de las plantas o con la evaporación del suelo u otras superficies.

Fig. 1.2.4 Ciclo del agua simplificado


1.2.2.3 Contaminantes en las aguas superficiales Muchas actividades humanas y naturales pueden contaminar ríos, lagos y aguas subterráneas. Fuentes puntuales de contaminación son aquellas que presentan un único punto de contaminación identificable, como una fábrica con una chimenea o una planta de tratamiento de aguas residuales con una tubería de descarga. En cambio fuentes nopuntuales de contaminación son aquellas más dispersas en el territorio como agricultores, desarrollo residencial rural o suburbano, animales domésticos y erosión del suelo. Una gran variedad de contaminantes también pueden ser producido por las áreas residenciales, como por ejemplo nutrientes (fertilizantes), plaguicidas, sedimentos de suelos erosionados y bacterias. Estos contaminantes incluyen nitrógeno y fosforo procedentes de fertilizantes para el césped, bacterias presentes en desechos de animales domésticos o salvajes, malfuncionamiento de sistemas sépticos, metales de deposición en los tejados, los pesticidas aplicados a los hogares y jardines, el aceite de motor y otros fluidos de fuga de automóviles. Cada uno de estos contaminantes tiene un potencial impacto negativo sobre las aguas superficiales o subterráneas la cuales se utilizan para potabilidad, recreo, hábitat de la flora y fauna silvestres. Mientras estos tipos de contaminantes pueden moverse por escorrentía superficial, algunos otros también se pueden mover fácilmente con las aguas de infiltración hasta las aguas subterráneas. En particular, los contaminantes que se pueden infiltrar en las aguas subterráneas incluyen nitrógeno en forma de nitrato y algunos herbicidas.

Fig.1.2.5. Eutrofización de agua debido a una contaminación por nutrientes


Fig. 1.2.6 Mortandad de peces en aguas contaminadas Un exceso de algas o de vegetación en un lago pueden ser indicadores de que el lago ha sido afectado por los impactos de contaminación por nutrientes, generalmente por el fosforo. Estos impactos pueden disminuir el oxígeno presente en las aguas, matando así los peces, y empeorar el uso de las masas de aguas para la natación y la navegación por recreo. 1.2.2.4 Movimiento de los contaminantes

Fig. 1.2.6. Transferencia simplificada de contaminantes en acuíferos


Fig. 1.2.7 Miles de actividades hacen complicado y dificultoso tratar los problemas de contaminación en la zona alrededor de grandes áreas urbanas more ...... Your contribution like homeowner to prevent pollution ……………… How to prevent pollution in your house: good management practices The potential for pollution from your property can be minimized by employing good management practices, including the following: •

Use soil tests to avoid excess fertilization of lawns and gardens. Minimize pesticide use outdoors, and water judiciously.

Collect roof runoff with a rain barrel, and collect runoff from roofs and lawns in a rain garden. The goal is to keep most stormwater runoff on your property and out of storm drains. Allow water to infiltrate into the soil and not run off your property.

Clean up pet wastes, and don't put yard wastes into storm drains.

Use vegetation, mulch, or gravel to keep soil in place so it doesn't erode.


Have your septic tank inspected every three to five years. Be concerned if there is a smell of sewage or wetness or lush grass around your leach field.

If you have a pond or stream on your property, leave natural vegetation around the water, and use plantings to discourage geese.

Fig. 1.2.8. A nice garden, irrigated with the recycled water A rain garden at the Holy Nativity Lutheran Church in Wenonah, NJ. Runoff drains to the garden which is planted with water-tolerant plants. The water slowly infiltrates into soil, allowing pollutants to be removed by plants and microbes. Photo: Christine Boyajian, Rutgers Cooperative Extension Water Resources Program. 1.2.2.6 Eutrofización (del griego: eutrophia saludable, nutrición adecuada, desarrollo; Alemán: Eutrophie) o más con mayor precisión hipertrofización, que representa la respuesta del ecosistema a la incorporación de sustancias artificiales o naturales, como nitratos y fosfatos, mediante fertilizantes o aguas residuales, a un sistema acuático. Las sustancias orgánicas nutrientes, que llegan a las aguas mediante vertido de aguas residuales, son alimentos para los microorganismos inferiores que crecen en grandes cantidades, consumiendo el oxígeno disuelto, dañando a los organismos superiores. El resultado es un daño a la ecología y al equilibrio, con el desarrollo de microorganismos y la muerte de los organismos superiores, o que resulta en el daño al ciclo ecológico. Estimulando la producción primaria se pueden provocar muchos efectos ecologicos, pero hay tres impactos ecológicos particularmente preocupantes: pérdida de biodiversidad, cambios en la composición y dominancia de las especies y efectos de toxicidad. Impactos de la eutrofización: •

Incremento de biomasa de fitoplancton


Presencia de especies de fitoplancton toxicas o incomibles

Incremento de las floraciones de zooplancton gelatinoso

Incremento de biomasa de algas bénticas y epifíticas

Cambios en biomasa y composición de las especies de macrofitas

Disminución de la trasparencia del agua (incremento de la turbidez)

Problemas con el color, el olor y el tratamiento de las aguas

Disminución del oxígeno disuelto

Incremento de la incidencia de muerte de peces

Perdida de especies deseables de peces

Disminución de biodiversidad

Reducción de peces y crustáceos útiles

Disminución de valor estético de las masas de aguas

more:…. http://en.wikipedia.org/wiki/Eutrophication#Ecological_effects 1.2.2.7. Prevención de la contaminación El principal trabajo del operador es proteger los muchos usuarios de las aguas receptoras. Como operador, tendrá que hacer lo mejor que pueda para eliminar cualquier sustancia que podría afectar a estos usuarios. Muchas personas creen que cualquier vertido de residuos en unas aguas quiere decir contaminar. Sin embargo, con el sistema que tenemos de utilizar el agua para eliminar los residuos de casas e industrias sería imposible o tal vez imprudente prohibir el vertido de todas las aguas residuales en los océanos, ríos y cuencas subterráneas. La tecnología actual permite tratar los residuos de tal manera que los usos reales o potenciales de las aguas receptoras no son mínimamente afectados. La definición de contaminación incluye cualquier interferencia con la reutilización beneficiosa de las aguas o con la falta de cumplimiento de los requisitos de calidad de las mismas. Cualquier pregunta o comentario con respecto a esta definición debería de ser resuelta por las entidades encargadas.


1.2.2.8 Tipos de vertidos de residuos El primer tipo de vertido de residuos que viene a la mente en cualquier debate sobre la contaminación de los ríos es lo de las aguas residuales domésticas. Las aguas residuales contienen una gran cantidad de RESIDUOS ORGÁNICOS. También las industrias generan ingentes cantidades de residuos orgánicos. Algunos de estos residuos orgánicos industriales vienen de envasado de fruta y verdura, industria láctea, envasado de carnes, curtido, transformación de aves, aceites, papel y fibras (madera), y de muchas más industrias. Todos los materiales orgánicos tiene una cosa en común: todos contienen carbono. Otra clase de residuos son los RESIDUOS INORGANICOS. Los residuos domésticos contienen tanto material orgánico como inorgánico y muchas industrias vierten residuos inorgánicos que se añaden al contenido mineral de las aguas receptoras. Por ejemplo, el vertido de salmuera (cloruro sódico) del ablandamiento de aguas aumentará la cantidad de sodio y cloro en las aguas receptoras. Algunos residuos industriales pueden introducir sustancias inorgánicas como cromo y cobre que son muy tóxicos para la vida acuática. Otras industrias (como la de lavado de grava) vierten una cantidad apreciable de suelo, arena o gravilla que también pueden ser clasificados como residuos inorgánicos. Existen otros dos tipos principales de residuos que no entran en la clasificación ni de orgánicos ni de inorgánicos. Se trata de los residuos calientes (térmicos) y los residuos radioactivos. Aguas con temperaturas superiores a las requeridas por los organismos encargados pueden proceder de procesos de refrigeración utilizados por la industria o de centrales térmicas que producen electricidad. Los residuos radioactivos normalmente están controlados en su fuente de origen, pero pueden proceder de hospitales, laboratorios de investigación o de centrales nucleares. 1.2.2.9 Efectos del vertido de residuos Determinadas sustancias que no se eliminan con los procesos de tratamiento de aguas residuales pueden causar problemas en las aguas receptoras. En esta sección se analizan algunas de estas sustancias y por qué deberían tratarse. 1.2.2.9.1 Fangos y espumas Si algunos residuos (incluidos las aguas residuales domesticas) no reciben un adecuado tratamiento, grandes cantidades de solidos pueden acumularse en las riberas de los cursos de agua o pueden depositarse en el fondo formando depósitos de fango o flotar en la superficie formando balsa de espuma. Los depósitos de fango y las espumas no son solamente antiestéticas sino que, si contienen material orgánico, pueden causar disminución del oxígeno y pueden ser fuente de olores. Las unidades de TRATAMIENTO PRIMARIO en las plantas de tratamiento de aguas residuales están diseñadas y operan para eliminar los fangos y las espumas antes de que lleguen a las aguas receptoras.


Fig. 1.2.9. Contaminación por aguas residulaes de un pequeño rio

1.2.2.9.1

Disminución del oxigeno

La mayoría de las criaturas vivas necesita oxígeno para sobrevivir, incluidos peces y otras formas de vida acuática. Aunque muchos ríos y superficies de agua contienen menos del 0.001% de oxígeno disuelto (10 miligramos de oxígeno por litro de agua, o 10 mg/L), muchos peces pueden prosperar con un mínimo de 5mg/L y otras condiciones favorables. Cuando se vierten en un rio residuos oxidables, las bacterias empiezan a alimentarse con estos residuos descomponiendo o rompiendo las sustancias complejas en compuestos químicos simples. Estas bacterias, que se llaman BACTERIAS AERÓBICAS, también utilizan el oxígeno disuelto (como en la respiración humana) que está en el agua. Lo más se añaden residuos orgánicos lo más rápido las bacterias se reproducen y al aumentar su población también aumenta el uso del oxígeno. Donde los flujos de residuos son altos, la población de bacterias puede crecer bastante como para usar toda la reserva de oxígeno del rio más rápidamente de lo que se puede reponer por difusión natural desde la atmósfera. Cuando esto sucede, los peces y muchos otros seres vivos en el rio, que requieren oxígeno disuelto, mueren. Por tanto, uno de los principales objetivos del tratamiento de las aguas es limitar al máximo el vertido de esta materia orgánica “consumidora de oxígeno” en las aguas receptoras. Las plantas de tratamiento de hecho eliminan la materia orgánica de la misma manera de un rio, pero cumplen esta tarea con mucha más eficiencia eliminando los residuos de las aguas residuales. Las unidades de TRATAMIENTO SECUNDARIO están diseñadas y operan para utilizar organismos naturales, como las bacterias, en la planta para ESTABILIZAR y eliminar la materia orgánica. Otro efecto de la disminución del oxígeno, además de provocar la muerte de los peces y otras formas de vida acuática, es el problema de la producción de olores.


Cuando todo el oxígeno disuelto ha desaparecido, las BACTERIAS ANAERÓBICAS empiezan a utilizar el oxígeno combinado químicamente con otros elementos a formar compuestos químicos como el sulfato (azufre y oxígeno) que se disuelven también en las aguas. Cuando las bacterias anaeróbicas eliminan el oxígeno de los compuestos de azufre, se produce sulfuro de hidrógeno (H2S) que causa olor a huevos podridos. Este gas no solamente tiene un olor fuerte, sino que también erosiona (corroe) el hormigón y puede decolorar y quitar la pintura de las casas y las estructuras. El sulfuro de hidrógeno también puede formar mixturas explosivas con el aire y es un gas toxico capaz de paralizar el sistema respiratorio. Otros productos de la descomposición anaeróbica (putrefacción) pueden ser inaceptables. El desecho de las aguas residuales (BOD), normalmente causa una disminución de O2, seguido por un incremento gradual cerca de la concentración de saturación del oxígeno disuelto (D.O.). Las sustancias nutrientes orgánicas que llegan a las masas de aguas mediante el vertido de aguas residuales representan comida para los microorganismos que crecen en grandes cantidades, consumiendo todo el oxígeno disuelto dañando a los organismos superiores (eutrofización etc.). El oxígeno disuelto llegará a un valor mínimo hasta el punto donde el taso de oxigenación es igual o mayor al consumo de oxígeno. Este evento se describe con el modelo y la ecuación de Streeter-Phelps. Así que todo el equilibrio ecológico estacional en las masas de agua se ve afectado. Este cambio perjudicará la salud del sistema y las condiciones en la masa de agua regresarán a una mejor situación ecológica solo en el momento en el que el oxígeno volverá a un nivel adecuado. El tiempo y la longitud del rio son parámetros críticos para que haya re-oxigenación y de ellos depende el hecho de que las formas de vida puedan sobrevivir y que el equilibrio ecológico del rio se pueda restablecer. El déficit de oxígeno y el proceso de re-oxigenación están descritos por el método de Streeter-Phelps more …. 1. DO content is one of the most widely used indicators of overall ecological health of a body of water o fish need 4 to 5 mg/L to survive o under anaerobic conditions, undesirable (smelly) microbes can take over o many factors affect the DO level 2. If a river was healthy before we began discharging wastewater, a significant factor in its continued health or illness is the BOD added to it by wastewater a.

At the outfall, BOD of the river/wastewater mixture (L0) is given by:


Note: We found this formula earlier when we used a mass balance model for mixing This BOD is comparable to what we have in our stoppered bottle at the beginning of our BOD test b.

As time passes (ie, the water moves downstream) the oxygen content of the river water is consumed in just the same way oxygen is consumed in the test Remember that BOD (Lt) in a test bottle at time t is given by: Lt = L0e-kDt This formula holds in the river too (kD is the deoxygenation constant that we previously just called k; it can be adjusted for temperature using kT = k20q T-20) If we know an average velocity of flow, we can calculate the BOD for a given distance downstream We are probably more interested in how much DO remains, which depends both on the rate of deoxygenation (as in our bottle) and on the rate of reoxygenation or reaeration (which doesn’t occur in our bottle) o

The rate of reaeration, rR, is given by: rR = -kR*D with kR = reaeration time constant D = DO deficit = DOs-DO

o

The reaeration time constant can be estimated from Table 3-2, or calculated by: kR,20°C = 3.9u1/2/H3/2 u = average stream velocity H = average stream depth

Table ……… Reaeration constants Water body

Ranges of kR at 20°C, base e

Small ponds and backwaters

0.1-0:23

Sluggish streams and large lakes

0.23-0.35

Large streams of low velocity

0.35-0.46

Large streams of normal velocity

0.46-0.69


Swift streams

0.69-1.15

Rapids and waterfalls

Greater than 1.15

Source: Peavy, Rowe and Tchobanoglous, 1985 o o o o

To start with, the waste has some oxygen deficit which causes an initial DO deficit in the stream Water can only hold so much oxygen (DOsat), depending on the the water temperature Calculate the initial dissolved oxygen (DO0) using the same formula we used for L0 above Subtracting that from the initial DOsat: D0 = DOsat - DO0

The DO at any point downstream depends on these competing processes: rate of deficit increase = rate of deoxygenation - rate of reaeration o

This gives us a differential equation with the solution:

o o

This is the Streeter-Phelps oxygen-sag curve formula Note that for a constant stream cross-section, t=x/u (with u=stream velocity); therefore:

If we want to plot DO versus distance downstream (that’s what I’m used to seeing) we need to subtract D from Ds at each point To start with, DO is being depleted faster than it can be replenished o As long as this occurs, the DO of the stream will continue to drop o Since the BOD is decreasing as time goes on, at some point, the rate of deoxygenation decreases to just the rate of reaearation At this point (called the critical point) the DO reaches a minimum Downstream of the critical point, reaeration occurs faster than deoxygenation, so the DO increases o Using calculus and the Streeter-Phelps equation we get: o

An application of the Streeter-Phelps Model


Example: Wastewater mixes with a river resulting in a BOD = 10.9 mg/L,

DO = 7.6 mg/L

The mixture has a temp. = 20 °C Deoxygenation const.= 0.2 day-1 Average flow = 0.3 m/s,

Average depth = 3.0 m

DO saturated = 9.1 mg/L  Find the time and distance downstream at which the oxygen deficit is a maximum?  Find the minimum value of DO? Initial Deficit , Do = 9.1 – 7.6 = 1.5 mg/L Estimate the reaeration constant

(

3.9v 1 / 2 3.9(0.3m / s )1 / 2 [1.025] k2 = = H 3/ 2 (3.0m ) 3 / 2

(20− 20 )

)

1

2

= 0.41 day −1

Calculate the time at which the maximum deficit is reached, with tc: tc = =

 k  DOo ( k 2 − k1 )   1 ln  2 1 −  k 2 − k1  k1  k1 Lo  

 0.41  1.5(0.41 − 0.2)   1 ln  1−  (0.41 − 0.2)  0.2  0.2 × 10.9  

= 2.67days x c = vt c = 0.3m / s × 86,400s / day × 2.67days = 69,300m 

 The maximum DO deficit is:

Dc =

k1 Lo e −k1t k2

−1 0.2 (10.9 mg/L) e −(0.2day )(2.67days) 0.41 = 3.1 mg/L

=

1.2.2.9.2

Salud humana


Hasta ahora, hemos hablado de los efectos químicos o físicos que el desecho de residuos puede tener sobre los usos de las aguas. No obstante, puede ser más importante el efecto sobre la salud humana mediante la difusión de enfermedades causadas por bacterias y virus. El primer esfuerzo para controlar los residuos humanos evovlió de la necesidad de prevenir que se difundieran las enfermedades. Aunque las aguas residuales no tratadas contienen miles de millones de bacterias por galón, la mayoría de estos no son dañinos para los seres humanos y algunos hasta son beneficiosos en los procesos de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, los serse humanos que tiene una enfermedad causada por bacterias o virus pueden liberar algunos de estos organismos dañinos en los residuos corporales. Muchos brotes graves de enfermedades transmisibles han sido relacionados con la contaminación directa de agua potable o de alimentos por residuos corporales originados de un portador humano de enfermedad. Algunos ejemplos notos de enfermedades que pueden ser difundidos mediante vertidos de aguas residuales son la giardiasis (causada por el protozoo Giardia lamblia) y la criptosporidiosis (causada por parásitos microscópicos del género Cryptosporidium). Afortunadamente, las bacterias que crecen en el intestino de seres humanos enfermos no encuentran fácilmente el ambiente favorable para su crecimiento y reproducción en las plantas de tratamiento o en las aguas receptoras. Aunque muchos ORGANISMOS PATOGENOS se eliminan de forma natural en el normal proceso de tratamiento, un número suficiente puede permanecer causando una amenaza para cualquier utilizo sucesivo relacionado con el consumo humano. Si existe este tipo de utilizo sucesivo, la planta de tratamiento también tiene que incluir un proceso de DESINFECCIÓN. El proceso normalmente más utilizado es la adición de cloro. En la mayoría de los casos, una adecuada cloración de un residuo bien tratado es esencial para una completa eliminación de organismos patógenos. Los operadores deben tener en cuenta de todas formas que la avería o el malfuncionamiento de los aparatos pueden resultar en cualquier momento en el vertido de un efluente que contiene bacterias patógenas. Hasta ahora, no se sabe de nadie que trabaje con la recogida de aguas residuales o en el campo del tratamiento que se haya infectado con el virus del SIDA debido a las condiciones encontradas en el lugar de trabajo. Una buena higiene personal es la mejor defensa para el operador contra las infecciones y las enfermedades. 1.2.2.9.3

Otros efectos

Algunos residuos afectan negativamente la claridad y el color de las aguas receptoras, haciéndolos antiestéticos e impopulares para el recreo. Muchos residuos industriales son altamente ácidos o alcalinos (básicos) y ambas condiciones pueden interferir con la formas de vida acuáticas, el uso doméstico y otros usos. La medida aceptada para definir la acidez o la basicidad de un residuo es el pH. Antes de que los residuos sean vertidos, deberían de tener un pH parecido al de las aguas receptoras. El vertido de residuos puede contener muchas sustancias toxicas como metales pesados (plomo, mercurio, cadmio y cromo) o cianuros, que pueden afectar el uso de las aguas receptoras para fines domésticos o para las formas de ida acuáticas. Podría ser necesario declorar los efluentes clorados de las plantas para proteger las aguas receptoras del efecto toxico del cloro residual. Las sustancias que producen sabores y olores pueden alcanzar niveles en las aguas receptoras que pueden ser fácilmente detectables en las aguas potables o en la carne de pescado. Las aguas residuales


tratadas contienen NUTRIENTES capaces de favorecer el excesivo crecimiento de ALGAS y de plantas en las aguas receptoras. Estos crecimientos impiden los usos domésticos, industriales y recreativos de las aguas. La plantas convencionales de tratamiento de aguas residuales no consiguen eliminar la mayor parte de los nutrientes nitrógeno y el fosforo. CICLOS NATURALES Cuando las aguas residuales tratada de una planta se vierten en las AGUAS RECEPTORAS como los ríos, los arroyos y los lagos, los ciclos naturales en el ambiente acuático (el agua) pueden ser perturbados. Si hay cualquier problema causado en las aguas receptoras seguramente depende de los siguientes factores: 1. Tipología o grado de tratamiento 2. Dimensión del flujo de la planta de tratamiento 3. Características de las aguas residuales de la planta de tratamiento 4. Cantidad del flujo en las aguas receptoras o volumen del lago receptor que puede ser utilizado para la dilución. 5. Calidad de las aguas receptoras 6. Cantidad de mezclado entre el EFFLUENTE y las aguas receptoras 7. Usos de las aguas receptoras Los ciclos naturales de interés en el tratamiento de aguas residuales incluyen los ciclos de purificación natural como el ciclo del agua desde la evaporación o TRANSPIRACIÓN hasta la condensación, precipitación y escorrentía y de vuelta a la evaporación, los ciclos de vida de los organismos acuáticos y el ciclo de los nutrientes. Estos ciclos ocurren continuamente en las plantas de tratamiento de aguasa residuales y en las aguas receptoras a ritmos diferentes dependiendo de las condiciones ambientales. Los operadores de plantas de tratamiento controlan y aceleran estos ciclos para que las plantas y las aguas receptoras traigan beneficio de ellos en vez de verse afectados por problemas de malfuncionamiento de las plantas o alteración de los usos del efluente. Los CICLOS DE LOS NUTRIENTES (Figura…) son un tipo especial de ciclo natural debido a la sensibilidad a los nutrientes de algunas aguas receptoras. Los nutrientes importantes incluyen carbono, hidrogeno, oxígeno, azufre, nitrógeno y fosforo. Cada uno de estos tiene sus propios ciclos, pero cada ciclo es influenciado por los otros. Estos ciclos de nutrientes son muy complejos e implica cambios químicos en los seres vivientes. Para ilustrar el concepto de ciclos de nutrientes, una versión muy simplificada del ciclo del nitrógeno será utilizada como ejemplo (Figura 2.2). Una planta de tratamiento descarga en las aguas receptoras el nitrógeno, presente en el efluente, en forma de nitrato (N03-). Las algas asimilan el nitrato y producen más algas. Los peces se comen las algas y convierten el nitrato en aminoácidos, urea y residuos orgánicos. Si el pez muere y se hunde hacia el fondo estos compuestos nitrogenados pueden convertirse en amonio (NH4+). En presencia de oxígeno disuelto y bacterias especiales, el amonio se convierte de nitrito a nitrato y finalmente las algas pueden asimilar el nitrato y el ciclo empieza otra vez. Si la cantidad de nitrógeno vertida en las aguas receptoras es demasiada, se produce una excesiva cantidad de algas. Aguas con demasiadas algas pueden ser antiestéticas. Las bacterias que, en caso de mortandad, descomponen las algas muertas pueden agotar el


oxígeno disuelto y causar la muerte de los peces. De esta manera, el ciclo del nitrógeno se ve afectado así como los ciclos de otros nutrientes. Si el oxígeno disuelto es presente en el agua, los compuestos de nitrógeno se convierten en amonio (NH4+), el carbono a metano (CH4) y los compuestos de azufre en sulfuro de hidrógeno (H2S). Amoníaco (NH3) y sulfuro de hidrógeno son gases que producen un fuerte olor. Bajo estas condiciones las aguas receptoras son SÉPTICAS, huelen mal y tienen un aspecto desagradable. A través de este manual, se le proporcionará la información sobre cómo controlar los ciclos de los nutrientes en su planta para tratar las aguas residuales y controlar la producción de olores, así como la protección de las aguas receptoras.

Fig. 1.2.10. Ilustración del ciclo del nitrógeno simplificado NPDES está por Sistema Nacional de Eliminación de Descargas Contaminantes. Los permisos del NPDES están requeridos por la Ley federal sobre el control de la contaminación del agua del 1972 con el intento de hacer que las aguas de una nación sean adecuadas para la natación la pesca y para la flora y la fauna. Estos permisos regulan las descargas en las aguas de EEUU de cualquier fuente puntual de contaminación, incluyendo industrias, plantas de tratamiento de aguas residuales municipales, vertederos sanitarios y flujos de retorno del agua de regadío. Una industria que descarga en un sistema de recogida y tratamiento municipal no necesita obtener un permiso pero seguramente tiene que alcanzar ciertos estándares de pre-tratamiento. Estos permisos pueden delinear un cronograma de cumplimiento de una instalación de tratamiento de aguas residuales tales como fechas delinear un cronograma de cumplimiento de una instalación de tratamiento de aguas residuales o cambios en la ingeniería, la construcción o el proceso de tratamiento. Instrucciones para completar los informes a presentar y los formularios necesarios están disponibles en las agencias gubernamentales reguladoras que expida el permiso. Como operador, su principal preocupación son las limitaciones especificadas para su planta en los permisos. El permiso puede especificar los niveles máximos y promedios mensuales de los sólidos suspendidos, DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGENO (BOD), y el número más probable (MPN) de bacterias coliformes. Las plantas más grandes también deberán informar acerca de las temperaturas del efluente debido al impacto de los cambios de temperatura en los ciclos naturales. También los flujos máximos y promedios deben de identificarse así como un rango de valores de pH aceptable. Los permisos presentan límites

Σχόλιο [C1]: Esto se refiere a las leyes de EEUU….habria que cambiarlo según las leyes de España o de la UE.


de restricción de las sustancias toxicas. También especificaran la frecuencia de recogida de datos y los métodos diferentes de información sobre los resultados. Detalles sobre como cumplir con los permisos serán proporcionados a través de este manual PREGUNTAS Escriba su respuesta en una libreta y compárela con las de página… 1.2A Qué es lo que produce la disminución de oxigeno cuando los residuos orgánicos se vierten en el agua? 1.2B Qué tipo de bacterias producen la liberación de sulfuro de hidrogeno? 1.2C Cuales son los impactos principales de la eutrofización?

1.2.3. Principales sistemas de alcantarillado 1.2.3.1 Historia del diseño de las alcantarillas Las primeras alcantarillas cubiertas descubiertas por los arqueólogos se encuentran en las ciudades de la civilización del Valle del Indo. En la Grecia antigua, desde la civilización minoica, se encuentran alcantarillas cubiertas y canales abiertos para las aguas pluviales. En la Roma antigua, la Cloaca Máxima, considerada una maravilla de ingeniería, vertía aguas en el Tíber. Durante la dinastía Zhou en la China antigua, las alcantarillas existían en muchas ciudades como Linzi. En las ciudades medievales europeas, los pequeños cursos fluviales utilizados para llevarse las aguas residuales se cubrían y funcionaban como alcantarillas. El Rio Fleet representa uno de estos sistemas. Los drenajes abiertos por el centro de algunas calles se conocen como “kennels”(canales). Muchas ciudades que instalaron sistemas de alcantarillado en los primeros años del siglo 20, o antes, utilizaban un sistema de una sola tubería que recogía ambas aguas residuales y aguas de escorrentía urbana de calles y tejados. Este tipo de sistema de recogida se conoce como sistemas de alcantarillado combinado (CSS). La razón por la que se construían estos sistemas era que sería más barato construir un solo sistema. La mayoría de las ciudades en aquella época no tenían un sistema de tratamiento de aguas residuales, así que no se percibía ninguna ventaja para la salud pública en el construir un sistema separado para las aguas pluviales. 1.2.3.2 Sistema de alcantarillado combinado Es un tipo de sistema de alcantarillado que recoge las aguas negras y las aguas de escorrentía pluviales en un sistema a una sola tubería. Estos sistemas pueden producir serios problemas de contaminación de aguas debido al desbordamiento de alcantarillados combinados que se produce por grandes variaciones de flujo entre clima seco y húmedo. Esto tipo de diseño de alcantarillado ya no se utiliza en la construcción de nuevas comunidades, pero muchas ciudades más antiguas siguen utilizando este sistema combinado. Un desbordamiento de alcantarillado combinado (CSO) es el vertido de aguas residuales y aguas pluviales de un sistema de alcantarillado combinado directamente a un rio, un arroyo, un lago o el océano. La durada y la frecuencia del desbordamiento varían según los diferentes sistemas utilizados y según la desembocadura en un mismo sistema combinado. Algunas desembocaduras descargan con poca frecuencia mientras que otra lo hacen cada vez que llueve. Durante precipitaciones intensas, cuando las aguas pluviales exceden el flujo de aguas residuales, el desbordamiento de alcantarillado combinado puede subir una


dilución. Los componentes de las aguas pluviales aportan una cantidad relevante de contaminantes a las aguas del sistema combinado. Cada temporal aporta diferentes cantidades y tipos de contaminantes. Por ejemplo, los temporales de final del verano, después de que no ha llovido por un tiempo, aportan más contaminantes. Contaminantes como aceites, lubricantes, coliformes fecales de animales domésticos y salvajes, y pesticidas vienen arrastrados en el sistema de alcantarillado. En las áreas de clima frio, los contaminantes procedentes de coches, personas y animales se pueden también acumular en las superficies duras y en los céspedes durante el invierno y luego vienen arrastrados con el flujo de agua hasta el sistema de alcantarillado por las fuertes lluvias primaverales.


Fig. 1.2.11. Sistema de alcantarillado combinado durante un temporal, con detalles del desbordamiento

Fig. 1.2.1.2. Simplificación de las diferencias en el sistema de alcantarillado combinado con tiempo seco y húmedo. 1.2.3.3. Alcantarillado sanitario(o sistema de recogida de aguas residuales) Un alcantarillado sanitario (también llamado sistema de recogida de aguas residuales) es un sistema subterráneo de transporte separado para la trasferencia específica de aguas residuales de casas y edificios comerciales hacia el tratamiento o la eliminación. Los alcantarillados sanitarios que sirven áreas industriales también llevan aguas residuales industriales. El "sistema de alcantarillas" se llama alcantarillado. Los alcantarillados sanitarios funcionan separadamente e independientemente de los desagües pluviales, que trasportan la escorrentía del agua de lluvia y de otras aguas procedentes de las calles de la ciudad. Todas las alcantarillas pueden deteriorarse con el tiempo, pero el problema de la infiltración/ingreso es exclusivo del alcantarillado sanitario, ya que los sistemas combinados están dimensionados para llevar estos aportes. La retención de la infiltración a niveles aceptables requiere estándares de mantenimiento más altos de aquellos necesarios para la integridad estructural de los sistemas combinados. Se requiere un programa completo de inspección de la construcción integral para evitar la conexión inapropiada de aguas procedentes de bodegas, jardines y desagüe de techos. La posibilidad de conexiones inapropiadas es más alta donde alcantarillas combinada y alcantarillas sanitarias se encuentran en estrecha proximidad,, debido a que el personal de construcción podría no reconocer la diferencia. Muchas ciudades antiguas todavía utilizan las alcantarillas combinadas mientras que sus suburbios adyacentes tienen un alcantarillado sanitario. En las áreas donde el “volumen húmedo” es mucho más grande que el “volumen seco”, al sistema de alcantarillado combinado se ha sustituido el sistema sanitario, que opera por separado Para decenios, cuando las tuberías del alcantarillado sanitario presentaban grietas u otros daños, la única manera de solucionar el problema, con muy altos costes, era desenterrar la tubería y la sustituirla, con la consecuencia que había que pavimentar de nuevo las calles. . En la mitad de los años 50 se inventó una unidad en la que dos unidades estaban unidas en cada extremo con una mezcla de cemento especial. Esta unidad estaba posicionada entre una tapa de pozo de acceso y la siguiente. La tubería se recubría con un revestimiento hecho con cemento a alta presión que se secaba a una velocidad rápida, sellando todas las grietas y roturas en la tubería.

Σχόλιο [C2]: Este trozo era super lioso y hasta ingles estaba escrito mal. He hecho lo que he podido!!!


Fig. 1.2.13. Simplificación de alcantarillas y desagües pluviales separados.

Fig. 1.2.14. Alcantarillas

sanitarias, agrietados y problemas de infiltración

1.2.3.4. Alcantarillas de presión (de EPA Hoja de Tecnología de Aguas Residuales, Cloacas, Presión) Las alcantarillas de presión son particularmente adaptables a las comunidades rurales o semi-rurales donde el drenaje insuficiente de los efluentes en los campos representa un problema de salud importante. Dado que la red de alcantarillado de presión es, por diseño, hermética, las conexiones de las tuberías aseguran fugas mínimas de aguas residuales. Esto


puede ser una consideración importante en áreas sujetas a la contaminación de las aguas subterráneas. Los sistemas de alcantarillado de presión se pueden utilizar en aldeas pequeñas y remotas donde no sea práctico o sea antieconómico utilizar un sistema de drenaje por gravedad. Los sistemas de alcantarillado de presión se han utilizado ampliamente en todo los EE.UU. y Europa por cerca de 30 años. Los sistemas representan una solución eficaz para áreas pequeñas y donde los sistemas convencionales no son prácticos, tales como áreas rocosas, montañosas y / o terrenos cargados de u otras circunstancias consideradas justificadas. Los sistemas de alcantarillado de presión son una forma económica y ecológica de recogida, transporte y eliminación de las aguas residuales de los hogares. Una vez instalado, las únicas partes visibles del sistema de alcantarillado a presión son la tapa del depósito y el panel de control, como se muestra en la fotografía de arriba. Las dos tecnologías principales de alcantarillado de presión disponibles hoy en día son la bomba del efluente del tanque séptico (STEP) y la bomba trituradora (GP). Ambas tecnologías utilizan una red de alcantarillado de PVC o HDPE de diámetro pequeño, normalmente 2-8 pulgadas de diámetro, que siguen el contorno de la tierra, para transportar las aguas residuales a una instalación de tratamiento o a un alcantarillado principal más grande en un municipio vecino, sin la necesidad de una profunda excavaciones, pozos de visita, o estaciones de impulsión. 1.2.3.5. Efluentes en el sistema de alcantarillas (bomba del efluente del tanque séptico) En los sistemas STEP, las aguas residuales fluyen en un tanque séptico convencional para capturar los sólidos. El efluente líquido fluye a un tanque de retención que contiene una bomba y unos dispositivos de control. El efluente se bombea y se transfiere para el tratamiento. La adaptación de fosas sépticas existentes en áreas atendidas por sistemas con tanques sépticos/drenaje de campo representarían una oportunidad de ahorro de costes, pero un gran número (muchas veces la mayoría) debe ser sustituido o ampliado a lo largo de la vida del sistema debido a la insuficiente capacidad, al deterioro de tanques de hormigón o fugas. El tanque séptico, filtro y bomba en cada casa eliminan los sólidos sedimentables, y los efluentes fluyen a través de la línea de recogida hasta el sistema de tratamiento de lecho fijo con recirculación. Este sistema utiliza una tecnología simple con bajos costes de funcionamiento y de mantenimiento para producir un efluente que es muchas veces de mayor calidad que el efluente procedente del tratamiento secundario tradicional. Por ejemplo, en el tipo de sistema STEP descrito anteriormente, los sólidos de deposición en los tanques sépticos individuales permite el uso de una línea de recogida de menor diámetro, que es mucho más rápida y más fácil de instalar que la tradicional colección de tuberías de 6 a 8 pulgadas de diámetro (de 150 a 200 mm de diámetro). La instalación de una tubería más grande y más invasiva producen costes mucho más altos por metro de línea y una mayor perturbación al trazado (ver figura 1.2.15).


Fig. 1.2.1.5. Sistema de alcantarillado STEP Los alcantarillados con bomba trituradora (GP) (de EPA Hoja de Tecnología de Aguas Residuales, Cloacas, Presión) En un sistema GP, las aguas residuales fluyen a una bóveda donde una bomba trituradora tritura los sólidos y descarga las aguas residuales en un sistema de tuberías a presión. Los sistemas GP no requieren un tanque séptico, pero puede requerir más potencia que los sistemas STEP debido a la acción de trituración. Un sistema GP puede dar lugar a importantes ahorros de costes para nuevas áreas que no cuentan con tanques sépticos o en zonas antiguas donde muchos tanques deben ser reemplazados o reparados. Figura 1.2.15 muestra una típica bomba efluente del tanque séptico, mientras que la figura 1.2.16 muestra una bomba trituradora típica usada en el tratamiento de aguas residuales residenciales. Se utilizan mucho en las zonas en las que el paisaje sea muy accidentado o muy plano, en las zonas que se inundan regularmente o tienen capas freáticas altas, o donde no es práctico instalar otros tipos de sistemas de alcantarillado. Un sistema de alcantarillas de presión se compone de una red de tuberías totalmente selladas que son alimentadas por las unidades de bombeo situadas en cada propiedad conectada. La unidad de bombeo procesa las aguas residuales de la propiedad y la transfiere a la red de alcantarillado de presión ubicado en la calle a través de una tubería pequeña dentro de la propiedad. La alcantarilla de presión forma parte de la red de tuberías general que en última instancia transfiere el agua residual a la planta de tratamiento de aguas residuales más cercano que puede estar en el área circundante o a algunos kilómetros de distancia


Fig 1.2.16. Una unidad de alcantarillado a presi贸n en secci贸n y en un jard铆n


Fig 1.2.17. Una unidad de alcantarillado a presión, instalada, en operación Este sistema requiere sólo zanjas poco profundas y tuberías relativamente pequeñas de 40 mm de diámetro dentro del límite de la propiedad y de hasta 160 mm de diámetro en la calle. Una vez instalado, las únicas partes visibles del sistema de alcantarillado a presión son la tapa del depósito y el panel de control, como se muestra en la fotografía de arriba. ¿Qué componentes forman un sistema de alcantarillado a presión (alcantarillas Grinder)? El sistema de alcantarillado de presión sobre su propiedad se compone de cuatro elementos clave, como se muestra en el siguiente diagrama. 1. Unidad de bombeo Esto incluye una pequeña bomba, un tanque de almacenamiento y monitores de nivel que están instalados bajo tierra de modo que sólo la parte superior del tanque de almacenamiento (o tapa) es visible. 2. Limite del kit de la valvula Asegura que las aguas residuales que ya están en la red de alcantarillado de presión no vuelvan a entrar en su propiedad y permite al personal de mantenimiento de aislar el sistema en caso de una emergencia. 3. Linea de Servicio de la casa Se trata de un tubo de diámetro pequeño (no muy diferente a un sistema de rociadores de tubería grande) que conecta la boca del desagüe de su propiedad a la unidad de 4. Panel de control more… The choice between GP and STEP systems depends on three main factors, as described below: Cost: On-lot facilities, including pumps and tanks, will account for more than 75 percent of total costs, and may run as high as 90 percent. Thus, there is a strong motivation to use a system with the least expensive on-lot facilities. STEP systems may lower on-lot


costs because they allow some gravity service connections due to the continued use of a septic tank. In addition, a grinder pump must be more rugged than a STEP pump to handle the added task of grinding, and, consequently, it is more expensive. If many septic tanks must be replaced, costs will be significantly higher for a STEP system than a GP system. Downstream Treatment: GP systems produce a higher TSS that may not be acceptable at a downstream treatment facility. Low Flow Conditions: STEP systems will better tolerate low flow conditions that occur in areas with highly fluctuating seasonal occupancy and those with slow build out from a small initial population to the ultimate design population. Thus, STEP systems may be better choices in these areas than GP systems. ADVANTAGES AND DISADVANTAGES Advantages Pressure sewer systems that connect several residences to a “cluster� pump station can be less expensive than conventional gravity systems. On-property facilities represent a major portion of the capital cost of the entire system and are shared in a cluster arrangement. This can be an economic advantage since on-property components are not required until a house is constructed and are borne by the homeowner. Low front-end investment makes the present-value cost of the entire system lower than that of conventional gravity sewerage, especially in new development areas where homes are built over many years. Because wastewater is pumped under pressure, gravity flow is not necessary and the strict alignment and slope restrictions for conventional gravity sewers can be relaxed. Network layout does not depend on ground contours: pipes can be laid in any location and extensions can be made in the street right-of-way at a relatively small cost without damage to existing structures. Other advantages of pressure sewers include: Material and trenching costs are significantly lower because pipe size and depth requirements are reduced. Low-cost clean outs and valve assemblies are used rather than manholes and may be spaced further apart than manholes in a conventional system. Infiltration is reduced, resulting in reductions in pipe size. The user pays for the electricity to operate the pump unit. The resulting increase in electric bills is small and may replace municipality or community bills for central pumping eliminated by the pressure system. Final treatment may be substantially reduced in hydraulic and organic loading in STEP systems. Hydraulic loadings are also reduced for GP systems. Because sewage is transported under pressure, more flexibility is allowed in siting final treatment facilities and may help reduce the length of outfall lines or treatment plant construction costs. Disadvantages Requires much institutional involvement because the pressure system has many mechanical components throughout the service area. The operation and maintenance (O&M) cost for a pressure system is often higher than a conventional gravity system due to the high number of pumps in use. However, lift stations in a conventional gravity sewer can reverse this situation. Annual preventive maintenance calls are usually scheduled for GP components of pressure sewers. STEP systems also require pump-out of septic tanks at two to three year intervals. Public education is necessary so the user knows how to deal with emergencies and how to avoid blockages or other maintenance problems. The number of pumps that can share the same downstream force main is limited. Power outages can result in overflows if


standby generators are not available. Life cycle replacement costs are expected to be higher because pressure sewers have a lower life expectancy than conventional systems. Odors and corrosion are potential problems because the wastewater in the collection sewers is usually septic. Proper ventilation and odor control must be provided in the design and non-corrosive components should be used. Air release valves are often vented to soil beds to minimize odor problems and special discharge and treatment designs are required to avoid terminal discharge problems. DESIGN CRITERIA Many different design flows can be used in pressure systems. When positive displacement GP units are used, the design flow is obtained by multiplying the pump discharge by the maximum number of pumps expected to be operating simultaneously. When centrifugal pumps are used, the equation used is Q= 20 + 0.5D, where Q is the flow in gpm and D is the number of homes served. The operation of the system under various assumed conditions should be simulated by computer to check design adequacy. No allowances for infiltration and inflow are required. No minimum velocity is generally used in design, but GP systems must attain three to five feet per second at least once per day. A Hazen-Williams coefficient, (C) = 130 to 140, is suggested for hydraulic analysis. Pressure mains generally use 50 mm (2 inch) or larger PVC pipe (SDR 21) and rubber-ring joints or solvent welding to assemble the pipe joints. High-density polyethylene (HDPE) pipe with fused joints is widely used in Canada. Electrical requirements, specially for GP systems, may necessitate rewiring and electrical service upgrading in the service area. Pipes are generally buried to at least the winter frost penetration depth; in far northern sites insulated and heat-traced pipes are generally buried at a minimal depth. GP and STEP pumps are sized to accommodate the hydraulic grade requirements of the system. Discharge points must use drop inlets to minimize odors and corrosion. Air release valves are placed at high points in the sewer and often are vented to soil beds. Both STEP and GP systems can be assumed to be anaerobic and potentially odorous if subjected to turbulence (stripping of gases such as H2S). Table ‌.. Relative Characteristics Of Alternative Sewers

PERFORMANCE STEP When properly installed, septic tanks typically remove about 50 percent of BOD, 75 percent of suspended solids, virtually all grit, and about 90 percent of grease, reducing the likelihood of clogging. Also, wastewater reaching the treatment plant will be weaker than


raw sewage. Typical average values of BOD and TSS are 110 mg/L and 50 mg/L, respectively. On the other hand, septic tank effluent has virtually zero dissolved oxygen. Primary sedimentation is not required to treat septic tank effluent. The effluent responds well to aerobic treatment, but odor control at the headworks of the treatment plant should receive extra attention. The small community of High Island, Texas, was concerned that septic tank failures were damaging a local area frequented by migratory birds. Funds and materials were secured from the EPA, several state agencies, and the Audubon Society to replace the undersized septic tanks with larger ones equipped with STEP units and low pressure sewerage ultimately discharging to a constructed wetland. This system is expected to achieve an effluent quality of less than 20 mg/L each of BOD and TSS, less than 8 mg/L ammonia, and greater than 4 mg/L dissolved oxygen (Jensen 1999). In 1996, the village of Browns, Illinois, replaced a failing septic tank system with a STEP system discharging to low pressure sewers and ultimately to a recirculating gravel filter. Cost was a major concern to the residents of the village, who were used to average monthly sewer bills of $20. Conditions in the village were poor for conventional sewer systems, making them prohibitively expensive. An alternative low pressure-STEP system averaged only $19.38 per month per resident, and eliminated the public health hazard caused by the failed septic tanks (ICAA, 2000). GP Treatment The wastewater reaching the treatment plant will typically be stronger than that from conventional systems because infiltration is not possible. Typical design average concentrations of both BOD and TSS are 350 mg/L (WPCF, 1986). GP/low pressure sewer systems have replaced failing septic tanks in Lake Worth, Texas (Head, et. al., 2000); Beach Drive in Kitsap County, Washington (Mayhew and Fitzwater, 1999); and Cuyler, New York (Earle, 1998). Each of these communities chose alternative systems over conventional systems based on lower costs and better suitability to local soil conditions. OPERATION AND MAINTENANCE Routine operation and maintenance requirements for both STEP and GP systems are minimal. Small systems that serve 300 or fewer homes do not usually require a full-time staff. Service can be performed by personnel from the municipal public works or highway department. Most system maintenance activities involve responding to homeowner service calls usually for electrical control problems or pump blockages. STEP systems also require pumping every two to three years. The inherent septic nature of wastewater in pressure sewers requires that system personnel take appropriate safety precautions when performing maintenance to minimize exposure to toxic gases, such as hydrogen sulfide, which may be present in the sewer lines, pump vaults, or septic tanks. Odor problems may develop in pressure sewer systems because of improper house venting. The addition of strong oxidizing agents, such as chlorine or hydrogen peroxide, may be necessary to control odor where venting is not the cause of the problem. Generally, it is in the best interest of the municipality and the homeowners to have the municipality or sewer utility be responsible for maintaining all system components. General easement agreements are needed to permit access to on-site components, such as septic tanks, STEP units, or GP units on private property. COSTS Pressure sewers are generally more cost-effective than conventional gravity sewers in rural areas because capital costs for pressure sewers are generally lower than for gravity sewers. While capital cost savings of 90 percent have been achieved, no universal tatement of


savings is possible because each site and system is unique. Table 1 presents a generic comparison of common characteristics of sanitary sewer systems that should be considered in the initial decision-making process on whether to use pressure sewer systems or conventional gravity sewer systems. Table 2 presents data from recent evaluations of the costs of pressure sewer mains and appurtenances (essentially the same for GP and STEP), including items specific to each type of pressure sewer. Purchasing pumping stations in volume may reduce costs by up to 50 percent. The linear cost of mains can vary by a factor of two to three, depending on the type of trenching equipment and local costs of highquality backfill and pipe. The local geology and utility systems will impact the installation cost of either system. The homeowner is responsible for energy costs, which will vary from $1.00 to $2.50/month for GP systems, depending on the horsepower of the unit. STEP units generally cost less than $1.00/month. Preventive maintenance should be performed annually for each unit, with monthly maintenance of other mechanical components. STEP systems require periodic pumping of septic tanks. Total O&M costs average $100-200 per year per unit, and include costs for troubleshooting, inspection of new installations, and responding to problems. Mean time between service calls (MTBSC) data vary greatly, but values of 4 to 10 years for both GP and STEP units are reasonable estimates for quality installations.

REFERENCES Other Related Fact Sheets Other EPA Fact Sheets can be found at the following web address: http://www.epa.gov/owm/mtb/mtbfact.htm 1. Barrett, Michael E. and J. F. Malina, Jr., Sep. 1, 1991. Technical Summary of Appropriate Technologies for Small Community Wastewater Treatment Systems, The University of Texas at Austin. 2. Barrett, Michael E. and J. F. Malina, Jr., Sep. 1, 1991. Wastewater Treatment Systems for Small Communities: A Guide for Local Government Officials, The University of Texas at Austin. 3. Earle, George, 1998. Low Pressure Sewer Systems: The Low Cost Alternative to Gravity Sewers. 4. Falvey, Cathleen, 2001. Pressure Sewers Overcome Tough Terrain and Reduce Installation Costs. Small Flows Quarterly, National Small Flows Clearinghouse. 5. F.E. Meyers Company, 2000. Diagram of grinder pump provided to Parsons ngineering Science. 6. Gidley, James S., Sep. 1987. Case Study Number 12: Augusta, Maine, Grinder Pump Pressure Sewers. National Small Flows Clearinghouse. 7. Head, Lee A., Mayhall, Madeline R.,Tucker, Alan R., and Caffey, Jeffrey E., 2000. Low Pressure Sewer System Replaces Septic System in Lake Community. http://www.eone.com/sewer/resources/resource01/content.html 8. Illinois Community Action Association, 2000. Alternative Wastewater Systems in Illinois. http://www.icaanet.com/rcap/aw_pamphlet.htm. 9. Jensen, Ric., August 1999. Septic Tank Effluent Pumps, Small Diameter Sewer, Will Replace Failing Septic Systems at Small Gulf Coast Community. Texas On-Site I n s i g h t s , V o l . 8 , N o.3. http://twri.tamu.edu/./twripubs/Insights/v8n3/a rticle-1.html. 10. Mayhew, Chuck and Richard Fitzwater, September 1999. Grinder Pump Sewer System Saves Beach Property. Water Engineering and Management.


1.2.3.6 Las alcantarillas de vacío Un sistema de drenaje por vacío utiliza la presión diferencial entre la presión atmosférica y un vacío parcial mantenido en la red de tuberías con una estación central de vacío. Esta presión diferencial permite a la estación central de vacío de recoger las aguas residuales de varias miles de viviendas individuales, dependiendo del terreno y la situación local. Las alcantarillas de vacío aprovechan la pendiente natural disponible en el terreno y son más económicos en suelos llanos y arenosos con altos niveles freáticos. Un sistema de drenaje por vacío se compone de: Cámaras de recogida y unidades de válvulas de vacío Sistema de seguimiento para las cámaras de recogida y las unidades de válvulas de vacío Red de alcantarillado por vacío Fig 1.2.18. Ejemplo de conexión a la estación central de vacío

Fig 1.2.19. Típico sistema de alcantarillado por vacío

Fig 1.2.20. Estación de vacío típica


more ‌.. Vacuum technology is based on differential air pressure. Rotary vane vacuum pumps generate an operation pressure of -0.4 to -0.6 bar at the vacuum station, which is also the only element of the vacuum sewerage system that must be supplied with electricity. Interface valves that are installed inside the collection chambers work pneumatically. Any sewage flows by means of gravity into each house’s collection sump. After a certain fill level inside this sump is reached, the interface valve will open. The impulse to open the valve is usually transferred by a pneumatically (pneumatic pressure created by fill level) controlled controller unit. No electricity is needed to open or close the valve. The according energy is provided by the vacuum itself. While the valve is open, the resulting differential pressure between atmosphere and vacuum becomes the driving force and transports the wastewater towards the vacuum station. Besides these collection chambers, no other manholes, neither for changes in direction, nor for inspection or connection of branch lines, are necessary. High flow rates keep the system free of any blockages or sedimentation. Vacuum sewer systems are considered to be free of ex- and infiltration which allows the usage even in water protection areas. For this reason, vacuum sewer lines may even be laid in the same trench as potable water lines (depending on local guidelines). The system supplier should certify his product to be used in that way. To achieve the condition of an infiltration-free system and therefore allowing to reduce the waste water amounts that need to be treated, water tight (PE material or similar) collection chambers should be used. Valve and collection sump (waste water) preferably should be physically separated (different chambers) in order to protect service personal against direct contact with waste water and to ensure longer life cycles (waste water is considered to be corrosive). In order to ensure reliable transport, the vacuum sewer line is laid in a saw-tooth (length-) profile, which will be referred to more precisely afterwards. The whole vacuum sewers are filled with air at a pressure of -0.4 to -0.6 bar. The most important aspect for a reliable operation is the air-to-liquid ratio. When a system is well designed, the sewers contain only very small amounts of sewage. The air-to-liquid ratio is usually maintained by "intelligent" controller units or valves that adjust their opening times according to the pressure in the system. Considering that the vacuum idea relies on external energy for the transport of fluids, sewers can be laid in flat terrain and up to certain limits may also be counter-sloped. The saw-tooth profile keeps sewer lines shallow, lifts minimise trench depth (approx. 1.0 – 1.2


m). In this depth, expensive trenching, as it is the case for gravity sewers with the necessity to install continuously falling slopes of at least 0.5 - 1.0%, is avoided. Lifting stations are not required. Once arrived in the vacuum collection tank at the vacuum station, the wastewater is pumped to the discharge point, which could be a gravity sewer or the treatment station directly. As the dwell time of the watewater inside the system is very short and the wastewater is continuously mixed with air, the sewage is kept fresh and any fouling inside the system is avoided (less H2S).

Advantages • • • • •

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Closed, pneumatically controlled system with a central vacuum station. Electrical energy is only needed at this central station No sedimentation due to self-cleansing high velocities spooling and maintenance of the sewer lines is not necessary Manholes are not required Usually only a single vacuum pump station is required rather than multiple stations found in gravity and low pressure networks. This frees up land, reduces energy costs and reduces operational costs. Capital costs can be reduced by up to 50% due to simple trenching at shallow depths, close to surface Flexibility of piping, obstacles (as open channels) can be over- or underpassed reduced installation time Small diameter sewer pipes of HDPE, PVC materials; savings of material costs Aeration of sewage, less development of H2S, with its dangers for workers, inhabitants, as well as corrosion of the pipes may be avoided; No infiltration, less hydraulic load at treatment station and discharge sewers absolutely no leakages (vacuum avoids exfiltration) Sewers may be laid in the same trench with other mains, also with potable water or storm-water, as well as in water protection areas Lower cost to maintain in the long term due to shallow trenching and easy identification of problems In combination of vacuum toilets it creates concentrated waste streams, which makes it feasible to use different waste water treatment techniques, like anaerobic treatment

Limitations •

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vacuum systems are not capable of transporting sewage over very long distances,( up to 5 km) but can pump long distances from the vacuum station to the next STP or main gravity sewer. vacuum sewerage systems are only capable for the collection of wastewater within a separated system (not for the collection of storm-water) the lines can only reach up to 3–4 km laid in flat area (restrictions of the system due to headlosses (3-4.5 m) (friction and static)) systems should be designed with help of an experienced manufacturer (concepts are usually free of charge) external energy is required at a central point for collecting sewage odours close to the vacuum station can occur, a biofilter may be necessary


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Integrity of the pipe joints is paramount Mechanical controller requires preventative maintenance for worn parts and seals Vacuum valve can get stuck open and requires a procedure to locate the stuck open valve

Application Fields Vacuum sewer systems becomes more and more the preferred system in the case of particular circumstances: Especially difficult situations as ribbon, peripheral settlements on flat terrain with high specific conduit lengths of longer than 4 metres per inhabitant are predestined for the application of vacuum sewerage systems. In the case of sparse population density the influence of the costs for the collection chambers and vacuum stations are less important in comparison to the costs of long and deep sewers on gravity. Missing incline of the ground, unfavourable soil (rocky or swampy grounds) and high groundwater table (with the necessity of dewatering trenches) lead to enormous investment costs in regards to gravity sewerage systems. On the contrary vacuum sewers that are small in diameter can be laid close to the surface in small trenches. Vacuum sewers can pass through water protection areas and areas with sensitive high ground water tables, because there is no danger of spoiling groundwater resources (vacuum sewers have a high leak tightness due to their material; moreover the vacuum itself does not allow exfiltration). Vacuum systems has also been applied to collect toxic wastewater. Vacuum systems are seen as a priority in many environmentally sensitive areas such as the Couran Cove Eco Resort close to the Barrier Reef in Australia. In seasonal settlements (recreation areas, camping sites etc.) with conventional gravity sewer systems, sedimentation problems can easily occur as automatic spooling from the daily waste water does not take place. High flow velocities within vacuum sewers prevent such sedimentation problems. The Formula 1 race tracks in Shanghai and Abu Dhabi are using a vacuum sewer system for that reason. Even in old narrow and historical villages, the use of vacuum sewer systems becomes more and more important due to a fast (traffic, tourism), cost-effective and flexible installation. Good examples and references can be found in France, such as the village of Flavigny, in Oman at the township of Khasab and Al Seeb. Lack of water in many countries and drastic water savings measures have led to difficulties with aging gravity networks with solids blocking in the pipes. Neither the lack of water nor solids affect resp. occur in vacuum sewer systems. That's why this technology becomes interesting for such kind of applications. As PE or PVC pipes are used, no solids from ageing pipes will enter the system. All other solid are kept out at the collection chambers. vacuum sewer systems don't have any manholes to dump big solids into the system.

Collection chambers / vacuum valves Raw sewage flows by gravity from one or more lots into a sealed collection sump. A vacuum interface valve is installed, which is controlled and operated pneumatically without electricity. When a certain amount of sewage has accumulated the controller opens the valve. It is important to understand that the valve shall open only, if the low pressure inside the vacuum sewer line is strong enough to ensure reliable transport; otherwise, an alarm is sent to the control center indicating low vacuum. A minimum value of 0.15 bar for the existing low pressure in the adjacent vacuum line. When the valve opens, between 20 and 40 l (depending on adjustment and valve) portions of effluent are sucked into the sewer line. Air entering via the incoming gravity line or air vent will be sucked into the sewer line due to the pressure difference to push the sewage. The interface valve will close again after a few seconds. The exact time should have an option to be adjusted and must be long enough to make sure that enough air can enter in


order to push the sewage efficiently. This depends on the negative pressure conditions: Generally, the volume of air-stream should be lessened as far as possible, so that the pumps do not have to work unnecessarily. On the other hand minimum ratios of air-to-liquid should be guaranteed to have reliable transporting conditions. Usually the systems work with airliquid ratios of about 4:1 to 15:1. Vacuum Technology is very reliable and tested technology when the right equipment is used. However, due to the numerous collection chambers and vacuum valves throughout the vacuum sewer system and the preventative maintenance needed on these chambers and valves throughout the year, a monitoring system is needed to indicate which locations need inspection and preventative maintenance performed. The restricting minimum diameter of the system should prevent the interface valves and the vacuum sewers from clogging. So, the connection from the sump to the interface valve should have a diameter of 75mm so that no blockage point is created. Usually, larger particles do not arrive in the sump, even though it still can occur. Large particles can be easily removed from the sump by an operator if required. But generally anything that can fit down a house service line should be able to enter the vacuum system and then the vacuum pump station without blockage.

Vacuum Lines / Description of Hydropneumatic Transport Flow situations in vacuum sewers cannot be simply described with hydraulic laws. Instead of it a two-phases-flow transport has to be considered (e.g. hydropneumatical). Conveyance takes place by means of a two-phase regime, air (compressible) and effluent. Because of this the continuity equation becomes very complicated. As it was mentioned before, the main characteristic of vacuum sewerage is the necessity to lay the sewers in the form of a distinct saw-tooth or stepped profile. An effective transport of sewage can only be guaranteed, if the hydraulic losses are agreed to by an approved supplier. Doses of sewage enter the vacuum line from the collection chambers. As sewage arrive at a low point of the sewer line, sewage is collected there, - until valves upstream open and arriving air will increase the pressure gradient again. Air moving at high velocity into the direction of the vacuum station will exert a strong impulse on the developing sewage. In this way sewage will be shifted with almost the same velocity over the next peak down the line. The transport of sewage will continue along the sewer line as far as the pressure gradient remains. In a horizontally laid pipe air would stream over water without moving it further. High flow velocities in the low points of up to 5 m/s avoid any kind of sedimentation, since during the starting movement this kind of flushing effect would take away all hypothetical deposits. Sedimentation problems have never been reported for vacuum sewerage systems. Prevailing diameters in vacuum sewers are in range of DN 80 and DN 315 (inner diameter). Usually HDPE or PVC pipes are applied in vacuum systems due to their low costs of installation and flexibility. Vacuum sewers have to be absolutely tight. Therefore, DIN EN 1091 requires a thickness of at least PN 10. Leakages do not appear in vacuum systems due to an absolute tightness of installations (each construction company is easily able to install vacuum pipes).

Vacuum Station The vacuum station consists of rotary vane vacuum pumps (generate vacuum in the sewer lines), a collection tank, and duplicated sewage pumps (duty/standby) that discharge sewage away from the collection tanks to a wastewater treatment facility. The vacuum pumps maintain a negative pressure of between -0.4 and -0.6 bar in the collection tank. When the tank pressure falls under a preset limit, the vacuum pumps will start working to


restore the pressure. As such, vacuum pumps run only for a few hours a day and do not need to run continuously. Collection tanks are mostly made of steel and not of stainless steel due to the risk of local element chemical corrosion. Vacuum tanks are sized according to flow rates and vacuum suction capacity, with typical volumes ranging from 5 to 12 m3. About 75% of the tank’s volume will be required as a vacuum reservoir. With this vacuum reserve, the vacuum pumps are prevented from too high a starting rate, which is normally limited to 10-15 starts per hour (worst case).

Design Planning a vacuum sewerage system seems to be initially a question of design. There is never only one solution at sewer networks in general, but vacuum systems can be designed in many different ways (e.g. connected area, location of the vacuum station, choice of the length profile etc.). A good design needs a perfect overall picture on all the system’s parameters! Some suppliers of vacuum system components help seriously during the design with their assistance. The use of such experienced help is recommendable and preferable. In the guidelines mentioned above the control of the following parameters is demanded: • • • • • •

air-liquid ratio (depending from distances and population density energetic loss (derived from the maximum trunk length in between the vacuum station and the furthest interface valve as well as from geodetic steps due to topography) network-length (sum of all trunks leading together) flow-rate vacuum reserve volume (considering also the sewer network) maximum tolerable distances in between air inlets (interface valves).

The most significant step in designing a vacuum sewerage system is the choice of a good pipe-routing. System boundaries such as maximum trunk length and additional elevations of the pipe length-profile do not have to be surpassed. As this kind of work requires iterations, design-diagrams have been developed. The maximum trunk length is restricted to 4000 m in absolutely flat terrain. A longer distance can be handled must be done in consultation with a system supplier. While the norms do not give sufficient information about checking and dimensioning of design parameters, it shall be emphasised, that vacuum sewerage systems could become remarkably larger than the norms show it!

Hints about Operation Unjustified prejudices against “new” technologies still prevail. Highly assumed maintenance/operational costs are the main obstacle against further expansion of vacuum sewerage systems on the market. Problems, especially at collection chambers, and frequent system break-downs (drowning) were the birth labour of first vacuum sewerage systems. Nowadays, vacuum systems are reliable when their design is based on special knowledge of professional companies. A monitoring system is an option to indicate the status of the vacuum valves and collection chambers. Vacuum stations should be visited at least once a week to carry out a visual inspection. Experiences have shown that a well-designed vacuum station will not need more than one visible control and short check once a week (similar to a pumping system). Operating hours and power consumption of the pumps should be checked regularly. Mechanical and


electrical maintenance, cleaning of the vacuum tank, briefly a total check of the vacuum station, should at least be done once a year (oil-change and filter change of the vacuum pumps).

Conclusion Highly estimated operation costs and fear of malfunction have been the main prejudices and obstacles in the past against an expanded use of vacuum sewers. For an unprejudiced choice of a sewerage concept, it is necessary not to overestimate operational costs of alternative wastewater collection systems. Further, more difficult conditions during construction have to be considered for conventional gravity sewerage! When a vacuum sewerage system is well designed, operational reliability will be guaranteed. Vacuum sewerage seems to become more and more important as capital costs could be reduced remarkably. Good references from communities seem to show satisfaction. Especially in cases of sparse population density, flat terrain, and high specific costs of pipelaying, alternative sewerage systems could become much more economic, also in the long run. It is significant not to overestimate the operation costs of alternative wastewater collection systems, in comparison with the costs of a conventional gravity system (which constitutes work under more difficult conditions). When a vacuum sewerage system is duly designed and built, its operational reliability is guaranteed. As engineers and municipal officials become acquainted with the advantages of vacuum sewers, the use of this technology will probably expand more and more worldwide. It is hoped that the use of alternative sewerage concepts will allow designers and regulators to find ways of keeping project costs at a minimum. Frequently, a combination of different alternative systems together as well as conventional sections will become the most feasible and the most reliable solution for the collection of wastewater.

External links References [1] CEN : European Standard DIN EN 1091 “Vacuum Sewerage outside buildings”, (1992) [2] ATV Arbeitsblatt A 116 : “Besondere Entwässerungsverfahren, Unterdruckentwässerung – Druckentwässerung”, Hennef (1992) [3] ATV Arbeitsgruppe 1.1.2 : “Fragen des Betriebs und der Nutzungsdauer von Druck- und Unterdrucksystemen”, Korrespondenz Abwasser (1997), P. 921-922 [4] ATV-Handbuch : “Bau und Betrieb der Kanalisation”, (1995) [5] Ciaponi, C.: Fognature Nere in depressione”, Sistemi di Fognatura, (Centro Studi Deflussi Urbani), Milano (1997) [6] Ciaponi, C.: Un’Esperienza di applicazione del sistema di Fognatura Nera con funzionamento in depressione, Università di Pavia (1986) [7] Garnier, C., Brémond, B. : “Assainissement sous-vide, étude technique-économique”, CEMAGREF, Groupement de Bordeaux, Division Hydraulique Agricole (1986) [8] Ghetti, A.: “Prove Idrauliche e technologiche relative alla fognatura di Venezia”, Padova (1970)


[1] Vacusatec vacuum drainage systems QUESTIONS Write your answers in a notebook and then compare your answers with those on page ...... 1.2D What is a combined sewer overflow (CSO)? 1.2E What is a sanitary sewer system? 1.2F Which are the main components of a pressure sewer (Grinder, GP) system? 1.2G Which are the main components of a vacuum sewer system?

SUGGESTED ANSWERS 1.2A Organic wastes in water provide food for the bacteria. These bacteria require oxygen to survive and consequently deplete the oxygen in the water in a way similar to the way oxygen is removed from air when people breathe. 1.2B Hydrogen sulfide gas is produced by anaerobic bacteria. 1.2C Main Impacts of Eutrophication may be: • Increased biomass of phytoplankton • Toxic or inedible phytoplankton species • Increases in blooms of gelatinous zooplankton • Increased biomass of benthic and epiphytic algae • Changes in macrophyte species composition and biomass • Decreases in water transparency (increased turbidity) • Colour, smell, and water treatment problems • Dissolved oxygen depletion • Increased incidences of fish kills • Loss of desirable fish species • decreased biodiversity • Reductions in harvestable fish and shellfish • Decreases in perceived aesthetic value of the water body

1.2D. A combined sewer overflow (CSO) is the discharge of wastewater and stormwater from a combined sewer system directly into a river, stream, lake, or ocean.


1.2E A sanitary sewer (also called a foul sewer) is a separate underground carriage system specifically for transporting sewage from houses and commercial buildings to treatment or disposal. 1.2F A pressure (GF) sewer system is composed of: 1. Pumping Unit (This includes a small pump, storage tank and level monitors) 2. Boundary Valve Kit 3. House Service Line , (a small diameter pipe connects your property drain to the pumping unit on your property). 4. Control Panel 1.2G A vacuum sewer system is composed of: 1. Collection chambers and vacuum valve units 2. Monitoring system for collection chambers and vacuum valve units 3. Vacuum sewer lines


1.3 Las aguas residuales composición y características (cualitativas y cuantitativas)

1.3.1 Introducción. 1.3.1.1. ¿Que hay en las aguas residuales? ¿Que hay en las aguas residuales? Las aguas residuales son esencialmente el suministro de agua utilizado en diferentes aplicaciones por una comunidad (véase la Fig. 1- 1). Desde el punto de vista de las fuentes de generación, las aguas residuales se puede definir como una combinación de líquido o aguas sucias desechadas desde residencias, instituciones y establecimientos comerciales e industriales, junto con las aguas subterráneas, aguas superficiales y aguas de tormenta que pueden estar presentes. Cuando las aguas residuales sin tratar se acumulan y se les permite almacenarse en fosas sépticas, la descomposición de la materia orgánica que contiene conducirá a molestias condiciones incluyendo la producción de gases malolientes. Además, aguas residuales no tratadas contiene numerosos microorganismos patógenos que habitan en el tracto intestinal humano. Las aguas residuales también contienen nutrientes, que pueden estimular el crecimiento de las plantas acuáticas, y pueden contener compuestos tóxicos o de compuestos que pueden ser potencialmente cancerígenos o mutágenos. Por estas razones, la inmediata obtención de las aguas residuales procedentes de sus fuentes de generación, para su consiguiente tratamiento, reutilización, o dispersión en el medio ambiente es necesaria para proteger la salud pública y el medio ambiente. 1.3.1.2. ¿Qué es la ingeniería en la aguas residuales? La ingeniería en las aguas residuales es una rama de la ingeniería ambiental en la que los principios básicos de la ciencia y la ingeniería se aplican a la resolución de los problemas asociados con el tratamiento y reutilización de las aguas residuales. El objetivo final de la ingeniería de las aguas residuales es la protección de la salud pública de un modo acorde con lo económico, lo social lo político y al medio ambiente. Para proteger la salud pública y el medio ambiente, es necesario tener conocimiento de (1) las sustancias que preocupan en las aguas residuales, (2) los impactos de estas sustancias cuando las aguas residuales se dispersa en el medio ambiente, (3) la transformación y destino a largo plazo de estas sustancias en los procesos de tratamiento, (4) métodos de tratamiento que se puede utilizar para eliminar o modificar las sustancias encontrados en las aguas residuales, y (5) métodos de uso beneficioso o eliminación de sólidos generados por los sistemas de tratamiento. Para proporcionar una perspectiva inicial en el campo de la ingeniería dentro de las aguas residuales, se debe utilizar en primer lugar una terminología común donde en primer lugar se defina y posteriormente vaya seguido por (1) la discusión de las cuestiones que deben abordarse en la planificación y el diseño de los sistemas de gestión de aguas servidas y (2) el estado actual y las nuevas orientaciones dentro de la ingeniería en las aguas residuales.


Tabla 1.3.1 Terminología comúnmente usada en el campo de aguas negras en ingenieria

1.3.1.3. ¿Qué significa un correcto funcionamiento de la planta por parte de los operadores? Todas las obras y acciones necesarias: (1) Para un muy buen funcionamiento de toda la planta, según las leyes ambientales, las normas y todas las homologaciones, editadas por el proyecto o de la zona de los impactos de las EDAR (planta de tratamiento de aguas residuales). Especialmente todas las salidas (las emisiones, los vertidos, los biosólidos) del proyecto para cumplir con las condiciones ambientales aprobados para el funcionamiento de la EDAR.


(2) Para operar todos los sistemas según las leyes y las normas de higiene y seguridad en las condiciones de trabajo para todo el personal de la planta, para los visitantes y para todas las personas con actividades cercanas al proyecto. Todos los operadores deben vacunarse contra cualquier posible enfermedad según las normas higiénicas y el interno de regulación oficial de la EDAR. (3) Para el correcto funcionamiento todas las partes y de todo el equipo (tuberías, tanques, la maquinaria, instrumentos y todos los dispositivos y los motores de la planta) para cumplir con las leyes y normas especiales para equipos similares, según las instrucciones del constructor y el régimen especial, editado formulado y aprobado por las autoridades para la planta. (4) Para todas las acciones en situaciones normal, irregular o de emergencia, actuar de acuerdo con las instrucciones y órdenes dadas por el director de la fábrica, responsable de la operación. (5) Toma de muestras, preparación y transporte las muestras al laboratorio para su análisis.

(6) Realizar todos los test básicos y análisis, si esta es su responsabilidad. (7) Calendario que tenga todos los trabajos diarios, todos los eventos y todas las acciones en cualquier trabajo programado o cualquier tipo de evento y los resultados y las observaciones de cualquier acción. (8) Semanalmente, mensualmente o bimensualmente, semestralmente o anualmente informes con todos los resultados e informe completo de la situación del equipo. 1.3.1.4. ¿Que significa un correcto mantenimiento? Todas las acciones y obras necesarias para: (1) Todas las piezas y los equipos, (tuberías, tanques, edificios, las redes maquinaria, instrumentos y todos los dispositivos y los motores en la planta) para cumplir con las leyes y con todos los manuales y limitaciones definidas por los constructores de cada parte y tipo de equipo y de instrumentos. (2) Todos los programas de mantenimiento preventivo se deben seguir. (3) Todas las acciones de reparación y mantenimiento de todo el equipamiento. (4) Para el mantenimiento de todos los sistemas según las leyes y las normas de higiene y las condiciones de seguridad en el trabajo en cada una de las áreas de trabajo. Todos los técnicos deben ser vacunados contra cualquier posible enfermedad según las normas higiénicas y la interna-reglamento oficial de la EDAR. (5) Mantener un calendario de todas las obras de mantenimiento diario, todos los eventos y todas las acciones en cualquier trabajo programado o cualquier tipo de evento y los resultados y las observaciones de cualquier acción. (6) Preparación mensual o bimensual, semestral o anual de informes con todos los daños y perjuicios, eventos, forma de reparación o de acciones e informes completos de la situación del equipamiento. 1.3.1.5. ¿Lo que el operador debe saber?


Los operadores deben saber toda la información básica y principal, la teoría y las instrucciones de operación y mantenimiento: (1) Todos los aspectos fundamentales para comprender y realizar todos los procesos principales. (2) Toda la teoría básica y práctica para operar y mantener correctamente la EDAR. (3) Toda la información necesaria para la seguridad y las condiciones de salud en las áreas de trabajo en las plantas de depuración de aguas residuales. 1.3.1.6. ¿Que hace que las aguas residuales sean peligrosas? Un gran número de microorganismos que se indican en las tablas siguientes, la mayoría están relacionadas con enfermedades patógenas para personas y animales: TABLA 1.3.2 Tipos y número de microorganismos que normalmente se encuentran en aguas residuales domésticas no tratadas

¿Que enfermedades pueden transmitirse de un sistemas de tratamiento de aguas residuales?

TABLA 1.3.3. Agentes potencialmente infecciosos presentes en las aguas residuales domésticas


Referenciado de: Environmental Engineers Handbook p.20,table 7.1.13.

1.3.2 . Los componentes de las aguas residuales Los componentes que conforman parte de las aguas residuales de una comunidad dependen del tipo de sistema de recogida y pueden incluir: 1.

Aguas residuales domesticas (también llamadas sanitarias) .Las aguas residuales de zonas residenciales, comerciales, institucionales y de instalaciones similares.

2. Aguas residuales industriales. Aguas residuales en las que predominan los desechos industriales.

3. Infiltración/filtraciones. Agua que entra en el sistema de recogida mediante medios indirectos y directos. La Infiltración es agua exterior que entra en el sistema de recogida mediante fugas juntas, grietas y roturas, o paredes porosas. Las filtraciones son aguas de tormenta que entran en el sistema de conexiones de drenaje de recogidas de tormenta (cuencas de captura), cañerías de techos, de drenajes de sótanos, o puerto de acceso (bocas) cubiertos.


4. Las aguas pluviales. Escurrimiento resultante de las lluvias y la nieve derretida. Tres tipos de sistemas de recolección se utilizan para la eliminación de aguas residuales y agua de tormenta: sistemas de recogida de agua sanitaria, sistemas de recogida de agua de tormenta, y ssistemas combinados de recogida .Donde colectores distintos de recogida se utilizadan para la recogida de las aguas residuales ( sistemas de recogida de aguas sanitarias) y las aguas pluviales ( sistemas de recolección de agua de tormenta), los colectores de aguas residuales sanitarias se basan en tres componentes principales: (1) las aguas residuales domésticas , (2) las aguas residuales industriales, y (3) infiltración/entrada. En ambos casos, el porcentaje de los componentes de aguas residuales varía con las condiciones locales y de la época del año.

1.3.3 . Fuentes de aguas residuales y caudales. Los datos que se pueden utilizar para estimar el promedio de los distintos caudales aguas residuales domésticas, comerciales, institucionales, y fuentes industriales y de la infiltración/filtracion presentados en esta sección. Las variaciones en los caudales que deben estar establecidas en los sistemas de recogida de residuos y en las instalaciones de tratamiento ya diseñadas deben ser también discutidas. 1.3.3.1 .Fuentes de aguas residuales domésticas y caudales Las principales fuentes de las aguas residuales domésticas en una comunidad son las zonas residenciales y zonas comerciales. Otras fuentes importantes incluyen las zonas institucionales e instalaciones recreativas. Para las zonas que ahora se encuentran con sistemas de recogida, los caudales de aguas residuales son comúnmente determinas a partir de registros existentes o por mediciones directas sobre el terreno. Para mayores avances, los caudales de las aguas residuales son derivados de un análisis de los datos de población y las estimaciones de los caudales de las aguas residuales por habitante para comunidades similares. Los registros de consumo de agua también pueden ser utilizados para calcular caudales. Estos registros son especialmente útiles en otras partes del mundo donde el uso del agua para riego es limitado y el 90 por ciento o más del agua utilizada se convierte en aguas residuales. En los Estados Unidos , un promedio de alrededor del 60 al 90 por ciento del consumo de agua per cápita se convierte las aguas residuales. En Grecia y otras zonas Meditteranean, 75-90% de las aguas residuales se convierte el consumo (con variaciones según las estaciones y según las principales actividades llevadas a cabo en cada zona). Los porcentajes más altosson aplicados a las zonas del norte durante el invierno; los porcentajes más bajos son aplicables a las regiónes semiáridas en el sudoeste de los Estados Unidos donde las zonas de riego se utilizan de manera extensa. Cuando los registros de agua de consumo se utilizan para estimar los caudales de las aguas residuales , la cantidad de agua que se consume para fines tales como riego (que no se descarga en el sistema de recogida), la fuga de agua corriente y tuberías de agua, o de un producto que es utilizado por los establecimientos de fabricación deben ser evaluados cuidadosamente. Las zonas residenciales. Para muchas zonas residenciales, los caudales de agua residual son comúnmente determinados sobre la población y el promedio de la contribución de las aguas residuales per cápita.


Para las áreas residenciales donde un gran desarrollo residencial está previsto, con frecuencia, es aconsejable desarrollar los caudales sobre la base de las áreas de uso y prevé las densidades de población. En la medida de lo posible, estos parámetros deben basarse en los datos de caudales actuales de comunidades similares seleccionadas, preferentemente en la misma localidad. En el pasado, la preparación de las proyecciones de población para estimar los caudales de las aguas residuales era a menudo la responsabilidad del ingeniero, pero hoy en día los datos de proyección de la población están por lo general realizados por organismos de planificación locales, regionales o estatales. Los caudales de las aguas residuales pueden variar dependiendo de la cantidad y calidad del suministro de agua;características estructurales y económicas, sociales, y de otras características de la comunidad. Los datos sobre los parámetros y los típicos valores de caudal se dan en la Tabla 3-1 para fuentes de contaminación residenciales en los Estados Unidos. Se está comenzando en los últimos años, a prestar más atención a la conservación del agua y la instalación de aparatos y dispositivos en la conservación del agua. Reducir desechos domésticos en el agua produce cambios no sólo en la cantidad de las aguas residuales generadas, como se describe más adelante en este capítulo,sino también en las características de las aguas residuales. PREGUNTAS Escriba sus respuestas en una libreta y luego compare sus respuestas con ésos sobre página..... 1.3A ¿Cueles son las acciones principales para la operación correcta de la planta por los operadores? 1.3B ¿De dónde vienen las bacterias infecciosas que producen enfermedades en las agua residual? 1.3C ¿Cual es el plazo que indica una "Enfermedad - causada"? 1,3D ¿Cual es el medio utilizado con más frecuencia en la desinfección de las aguas residuales tratadas? 1.3E Cuales son los principales componentes del las aguas residuales?

Los componentes principales de las aguas residuales municipales en los EE.UU. y en áreas europeas Tabla 1.3.4 Composición típica de aguas residuales domésticas no tratadas


1.3.3.2. Distritos comerciales. Dependiendo de la función y actividad,los caudales para las instalaciones comerciales pueden variar ampliamente. Debido a las grandes variaciones que se han observado, debe hacerse todo lo posible para obtener registros de instalaciones reales o similares. Si no hay otros registros disponibles, las estimaciones de ciertas fuentes comerciales , basadas en la funciones o de personas atendidas, se pueden realizar con los datos presentados en la Tabla 3-2. En el pasado, los caudales de las aguas residuales comerciales se basaban a menudo en desarrollos existentes o previstos para el futuro o en datos comparativos. Los caudales en general se expresan en términos de cantidad del caudal por unidad de área [es decir, m3/ha_d (gal/ac_d)].Las unidad típicas de caudales para desarrollos comerciales normalmente van de 7,5 a 14 m/ha_d (800 a 1500 gal/ac_d). El enfoque posterior puede ser utilizado para comprobar los valores obtenidos en los registros existentes o las estimaciones hechas utilizando la tabla 3-2.

Tabla 1.3.5. Caudales típicos en las aguas residuales de fuentes comerciales en los Estados Unidos y Europa Flowrate, L/unit.d

Flowrate, L/unit.d

in USA (*)

In south Europe

Fuente

Unidad

Rango intervalo

Media tipica

Rango intervalo

Media tipica

Aeropuerto

Pasajeros

11-19

15

10-20

15

Apartamentos

Habitaciones

380-570

450


Invitados

150-230

190

200-500

300

Empleados

30-57

40

30-50

40

Gasolineras

Vehiculos servidos

30-57

40

30-60

40

Bar/cocktail lounge

Asientos

45-95

80

30-50

40

Empleados

30-57

40

30-50

40

Centro de conferencias

Personas

40-60

50

40-60

50

Tiendas

Servicios

13002300

1500

1000-2000

1500

Empleados

30-57

40

30-50

40

Empleados

57-130

75

50-100

75

Motel (con cocina)

Visitantes

210-340

230

200-300

230

Motel (sin cocina)

Visitantes

190-290

210

150-250

200

Oficinas

Empleados

25-60

50

30-60

50

Lavavos publicos

Usuarios

11-19

15

10-20

15

Restaurantes

Comensales

26-40

35

20-60

40

Centros comerciales

Empleados

26-50

40

30-50

40

Parking

4-11

8

4-11

8

Teatro/Cine (Cubierto)

Asientos

8-15

10

8-15

10

Ayuntamientos

Visitantes

11-19

15

10-20

15

Hospital

Camas

660-1500

1000

400-800

600

Empleados

20-60

40

Camas

280-470

380

200-400

300

Hotel

Edificios industriales (solo residuos sanitarios)

Instituciones distintas a hospitales Colegios


Con cafeteria,gimnasio y duchas

Estudiantes

60-120

100

60-120

100

Solo con cafeterias

Estudiantes

40-80

60

40-80

60

Colegios,albergue

Estudiantes

280-380

320

280-380

320

(*) Reportado desde Metcalf & Eddy (1991), Salvato (1992), and Crites and Tchobanoglous (1998).

1.3.4. Las variaciones de caudal Información de la tasa de flujo necesario en el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales incluidos en (Metcalf y Eddy, Inc. 1991): Flujo medio diario: flujo promedio que se produce en el transcurso de un período de 24-hr basado en datos de caudal anual. Los ingenieros ambientales usan los flujo promedio en evaluaciones de la capacidad de tratamiento de la planta y en desarrollo de los ratios de caudal. Caudal máximo diario: La tasa máxima de flujo ocurrida en 24-hr en un período anual basado en datos de funcionamiento. El máximo caudal diario es importante en el diseño de instalaciones que actúan sobre el tiempo de retención, tales como la equiparación las cuencas hidrográficas y los tanques de cloro. Caudal de hora punta: pico de caudal máximo en una hora durante 24-hr basado en datos operacionales en un período anual. Los datos de cada hora pico corrientes son necesarios para el diseño de colección y colectores, estaciones de bombeo de agua residual, los caudalímetros, cámaras de arena, tanques de sedimentación, tanques de cloración, y los conductos o canales en la planta de tratamiento. Caudal mínimo diario: El caudal mínimo que ocurre en 24-hr en un periodo de datos de funcionamiento anual. Como mínimo las tasas de flujo son importantes a la hora de calcular el tamaño de los conductos de deposición de sólidos donde puede ocurrir con caudales bajos. Hora de mínimo caudal: La mínima velocidad de flujo sostenido por hora que se produce en el transcurso de un periodo de 24-hr basado en datos de funcionamiento anuales. Los ingenieros ambientales necesitan datos semanales de los caudales de las aguas residuales, (Metcalf y Eddy, Inc., 1991). Amplias variaciones de las tasas de flujo aguas residuales puede ocurrir dentro de un municipio. Por ejemplo, los flujos de los caudales mínimos a máximos varía entre 20 y 400% de la tarifa media diaria para pequeñas comunidades con menos de 1000 habitantes, de 50 a 300% para las comunidades con poblaciones de entre 1.000 y 10.000 , y hasta un 200% para comunidades de hasta 100.000 habitantes de población. Grandes municipios tienen variaciones de 1.25 a 1.5 flujo promedio. Cuando las aguas de tormenta pasan a sistemas de alcantarillado municipal, el caudal máximo es a menudo de dos a cuatro veces la media del caudal de la estación seca. (Water Pollution Control Federation and American Society of Civil Engineers 1977).


Fig. 1.3.2 .Patrones típicos de las variaciones diarias y semanales en las aguas residuales domésticas de los caudales. (Obtenido de Metcalf y Eddy, Inc., 1991.).

Principales compuestos y parámetros para la caracterización de la calidad de las aguas residuales:


1) los sólidos en suspensión, volátiles y sólidos no volátiles o fijos, sólidos biodegradables orgánicos-inorgánicos, 2) Arena, grasas, gases, 3) los olores, 4) DBO5, DQO, TKN, TP, pH, alcalinidad, 5) los microorganismos y las amenazas para la salud 6) Terminología, significado de los términos utilizados en la protección del medio ambiente y en los procesos de tratamiento Tabla 1.3.6. Componentes principales de preocupación en el tratamiento de aguas residuales (con su importancia en el manejo de las aguas residuales) ————————————————————————————————————————————————

Componentes

razones para su importancia

————————————————————————————————————————————————

Sólidos en suspensión

Los sólidos en suspensión pueden conducir al desarrollo de depósitos de sedimento y condiciones anaeróbicas cuando las aguas residuales no tratadas se descargan en el medio acuático.

Sustancias orgánicas biodegradables

Compuestos que son principalmente proteínas, carbohidratos y grasas, las sustancias biodegradables se miden normalmente en términos de DBO (demanda bioquímica de oxígeno) y la DQO (demanda química de oxígeno). Si se descargan sin tratamiento al medio ambiente, su estabilización biológica puede conducir al agotamiento de los recursos naturales de oxígeno para el desarrollo de condiciones sépticas.

Patógenos

Las enfermedades contagiosas se pueden transmitida por los organismos patógenos que pueden estar presentes en las aguas residuales.

Nutrientes

Ambos, el nitrógeno y el fósforo, junto con el carbono, son nutrientes esenciales para el crecimiento. Cuando se descargan en el medio acuático, estos nutrientes puede dar lugar al desarrollo de vida acuática indeseable. Cuando se descargan en cantidades excesivas en la tierra, también pueden conducir a la contaminación de las aguas subterráneas.

Contaminantes prioritarios

Compuestos orgánicos e inorgánicos seleccionados sobre la base de sus conocidos o presuntos efectos carcinogénicos, mutagénicos, teratogénicos, o alta toxicidad aguda. Muchos de estos compuestos se encuentran en las aguas residuales.

Orgánicos Refractarios

Estos compuestos orgánicos tienden a oponerse a métodos convencionales de tratamiento de aguas residuales. Ejemplos típicos son los agentes tensioactivos, fenoles, y plaguicidas agrícolas.

Metales pesados

Los metales pesados, se suelen introducir a las aguas residuales de


las actividades comerciales e industriales y puede que se tengan que eliminar si las aguas residuales van a reutilizares. Inorgánicos disueltos

Los compuestos inorgánicos tales como el calcio, sodio, sulfato están incluidos en el abastecimiento original de agua para uso doméstico como consecuencia del uso del agua y puede que tenga que eliminar si las aguas residuales se van a reutilizar.

Reportado desde Crites and Tchobanoglous (1998)

(Copiado de Metcalf and Eddy, Inc., 1991.)

Figura 1.3.3. Muestreadores utilizados para recoger muestras de aguas residuales para el análisis: a) unidad refrigerada utilizada para recolectar muestras diarias (b) muestreador portátil utilizado para recoger muestras individuales de cada hora durante todo un día en diferentes lugares. Las muestras individuales se toman para obtener el flujo de masa ponderada de carga.

(WasteWater Engineering, Treatment and Reuse, Metcalf & Eddy, USA 2003)

Tabla 1.3.7. Análisis comunes utilizados para evaluar los componentes encontrados en aguas residuales.

————————————————————————————————————————————————————


Abreviaciones/ Testb

Definición

Uso o significado de los test resueltos

Sólidos Totales

TS

Sólidos volátiles totales

TVS

Sólidos totales fijos

TFS

Sólidos totales en suspensión

TSS

Sólidos volátiles en suspensión

VSS FSS

Sólidos en suspensión fijos

Sólidos totales disueltos

TDS (TS - TSS)

Sólidos volátiles disueltos

VDS

Sólidos totales fijos

FDS

Sólidos precipitados

Para evaluar el potencial de reutilización de aguas residuales y para determinar el tipo más adecuado de las operaciones y procesos de su tratamiento

Para determinar aquellos sólidos que precipitan por gravedad, en un período de tiempo especificado

Distribución del tamaño de partículas

PSD

Para evaluar el rendimiento de los procesos de tratamiento

Turbidez

NTU

Se usa para evaluar la calidad del tratamiento del agua

Color

Light brown, grey, black

Para evaluar el estado de las aguas residuales (frescos o sépticas)

Tramitancia

%T

Utilizado para evaluar la idoneidad del efluente tratado de desinfección UV

Olor

TON

Para determinar si los olores serán un problema

Temperatura

°C or °F

Importante en el diseño y el funcionamiento de los procesos biológicos en las plantas de tratamiento

Densidad

ρ

Conductividad

EC

Utilizados para evaluar la idoneidad del efluente tratado para aplicaciones agrícolas

Abbreviation/ Testb

definition

Use or significance of test results


—————————————————————————————————————————————————— ——

Amonio libre

NH4+

Nitrógeno orgánico

Org N

Utilizado como una medida de los nutrientes

Nitrógeno total Kjeldahl

TKN (Org N + NH4+)

presentes y el grado de descomposición en las aguas residuales;

Nitritos

NO2-

Las formas oxidadas pueden tomarse como una medida del grado de oxidación.

Nitratos

NO3-

Utilizado como una medida de los nutrientes presentes

Nitrógeno total

TN

Fosforo inorgánico

Inorg P

Fosforo total

TP

Fosforo orgánico

Org P

pH

pH = - log [H+]

Una medida de la acidez o la alcalinidad de una solución acuosa

Alcalinidad

∑ HCO3- + CO3- 2 + OH- - H+

Una medida de la capacidad amortiguadora de las aguas residuales

Cloro

Cl-

Para evaluar la idoneidad de las aguas residuales de utilización agrícola

Sulfato

SO4-2

Para evaluar el potencial para la formación de olores, y puede afectar a la tratabilidad del lodo

Metales

As, Cd, Ca, Cr, Co, Cu, Pb, Mg, Hg, Mo, Ni, Se, Na, Zn

A fin de evaluar la conveniencia de las aguas residuales para su reutilización y para efectos de toxicidad en el tratamiento. Trazas de metales son importantes en tratamiento biológico

Compuestos y sustancias inorganicas Gases

Para determinar la presencia o ausencia de un compuesto específico

O2, CO2, NH3, H2S, CH4

La presencia o ausencia de gases específicos

Abbreviation/ Testb

definition

Use or significance of test results


—————————————————————————————————————————————————— ——

Carbonacea Demanda biológica de oxigeno en 5 días

CBOD5

Una medida de la cantidad de oxígeno necesario para estabilizar una residuos biológicamente (*)

Ultima carbonacea demanda biológica de oxigeno

UBOD (también BODu, BODL)

Una medida de la cantidad de oxígeno necesario para estabilizar una residuos biológicamente

Demanda biológica de oxigeno del nitrógeno

NOD

Una medida de la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar biológicamente el nitrógeno de las aguas residuales a nitrato

Demandan biológica de oxigeno

COD

Con frecuencia se utiliza como un sustituto de la prueba de DBO

Carbono orgánico total

TOC

Con frecuencia se utiliza como un sustituto de la prueba de DBO

MBAS, CTAS

Para determinar la presencia de compuestos orgánicos específicos y evaluar si las medidas de diseño especial será necesario para la retirada

Compuestos orgánicos específicos y clases de compuestos Biological characteristics Organismos coliformes

Microorganismos específicos Toxicidad

MPN (Numero más probable)

Para evaluar presencia de bacterias patógenas y la eficacia del proceso de desinfección

Bacteria, protozoos helmintos, virus

Para evaluar presencia de microorganismos específicos en relación con el funcionamiento de la central y para su reutilización

TUa and TUc

Unidad tóxica aguda, crónica dependencia tóxicos

————————————————————————————————————————————————————

a Reportado de Crites and Tchobanoglous (1998) b Detallas obtenidos de Standard Methods (1998)

Preguntas

Escriba sus respuestas en un cuaderno de notas y, a continuación, comparar sus respuestas con las de la página 26. 1.3E sólidos totales constan de _________ y sólidos__________, de los cuales ambos contienen materia orgánica e inorgánica.

1.3F ¿Por qué es necesario medir sólidos sedimentables? 1.3G Un cono Imhoff se utiliza para medir sólidos….


( * ) Medición de la Demanda Biológica de oxigeno En el sistema de agua natural, la mayoría de los contaminantes orgánicos son degradados por metabolismo bacteriano. La cantidad de oxígeno utilizada en el metabolismo de compuestos orgánicos biodegradables se denomina Demanda biológica de oxígeno (DBO). Por lo tanto, DBO es un indicador común del grado de contaminación de agua natural de los contaminantes orgánicos. Tabla 1.3.8. Tipos y número de microorganismos que normalmente se encuentran en aguas servidas residuales no tratadas (enfermedades transmisibles puede ser transmitido por la siguiente organismos patógenos, que pueden estar presentes en las aguas residuales).

En la tabla siguiente se enumeran compuestos olorosos en las aguas residuales no tratadas, relacionadas con molestias en las zonas vecinas. Tabla 1.3.9 compuestos olorosos asociados con aguas residuales sin tratar


1.3.5. Enfoque más analítico de los parámetros principales: pH. El pH es una medida de cómo de ácida o alcalina es una solución. En el agua pura a temperatura ambiente, una pequeña fracción (aproximadamente dos de cada mil millones) de las moléculas de agua (H2O, o, en realidad, H-O-H) se separa(divide), o se disocia, espontáneamente, en una sola carga positiva iones de hidrógeno (H+) y un ion cargado negativamente de hidróxido (OH-). Hay un número igual de cada ion, de manera que el agua se dice que es "neutral". Algunos de los materiales, cuando se disuelven en el agua, se produce un excedente de (H+), porque ellos contienen estos iones y se liberaran cuando se disuelven, o porque ellos reaccionan con el agua y hace que se produzca un extra de iones de hidrógeno. Las sustancias que hacen esto se denominan ácidos. Asimismo, algunas sustancias químicas, llamadas bases o alcalinas, producen un exceso de iones de hidróxido (-OH). La escala que se utiliza para describir la concentración de ácido o de base es conocida como pH, mediante el poder o potencial de los iones de hidrógeno. Un pH de 7 es neutro. pH por encima de 7 son alcalinas (básico); por debajo de 7, ácidos. La escala va de de cero, que es muy ácido, a catorce, que es altamente alcalinos basicos. La escala es logarítmica, lo que significa que cada cambio de una unidad de pH representa un evolución de un factor de concentración de iones de hidrogeno de 10. Por lo tanto, una solución que tiene un pH de 3 contiene 10 veces más iones (H+) que una solución con un pH de 4, 100 veces más que uno con un pH de 5, mil veces más que uno de pH 6, y así sucesivamente. Algunos compuestos comunes y su pH aproximado son; Ácidos: las bebidas carbonatadas, 2 a 4; zumo de limón, alrededor de 2,3; vinagre, alrededor de 3 bases: el bicarbonato de sodio, 8,4; leche de magnesia 10,5; amoníaco, 11,7; lejía, 14 a 15. Mientras que el pH mide la concentración de hidrógeno o iones de hidróxido, es posible que no mida la cantidad total de ácido o de base de la solución. Esto es porque la mayoría de los ácidos y las bases no se disuelven completamente en el agua. Es decir, que sólo una parte de su hidrógeno o iones de hidróxido son liberados. Un ácido fuerte, como ácido clorhídrico, HCl, libera prácticamente la totalidad de su H+ en el agua. La concentración de H+ es la misma que la concentración total del ácido. En un ácido débil, como ácido acético (el ácido en vinagre), sólo un pequeño porcentaje del hidrógeno que tiene es disponible. Si usted está tratando de neutralizar un ácido por adición de una base, como el hidróxido de sodio, la cantidad que usted tendría que neutralizar de un ácido fuerte podría calcularse directamente a partir del pH de la solución ácida. Pero para un ácido débil, el pH no es todo; la cantidad total de base necesaria sería mucho más. La cantidad total de base necesaria sería mucho mayor. Esto es porque los OH- de la base reacciona con los H+ en la solución para formar agua, más H+ se soltarán del ácido. La neutralización no estará completa hasta que todos los ácidos débiles han disociado. Oxígeno disuelto (DO)


Como los sólidos y los líquidos los gases pueden disolverse en el agua. Y, como los sólidos y líquidos, diferentes gases varían de manera considerable en su solubilidad, es decir, cuánto puede disolverse en el agua. Una solución que contiene la concentración máxima que el agua puede contener se dice que está saturado. El oxígeno gaseoso, es un elemento que existe en forma de moléculas de O2, no es muy soluble en agua. Una solución saturada a temperatura ambiente y presión normal contiene sólo cerca de 9 partes por millón de DO por peso (9 mg/L). Las temperaturas bajas o altas presiones aumentar la solubilidad, y viceversa. Significado... El Oxígeno disuelto es esencial para los peces para respirar. Muchas formas microbianas lo requieren también. El oxígeno fijado en la molécula de agua (H2O) no está disponible para este fin, y es un mal "estado de oxidación", de todos modos. La baja solubilidad del oxígeno en el agua significa que no se puede tomas mucho oxigeno debido a la poca cantidad de este en el agua no pudiéndose realizar procesos que lo requieren. Como se mencionó antes, la biodegradación bacteriana de productos que no requieren oxígeno son de mal olor, tóxicos y/o inflamables. Sufiente DO es esencial para el buen funcionamiento de muchos procesos de tratamiento de aguas residuales. Los tanques con fangos activos tienen a menudo la DO monitorizada continuamente. Baja DO puede hacer sonar la alarma o activar un aparato de control que aumentará la cantidad de aire en el depósito. Mediciones... La DO puede ser medida por una sustancia química húmeda cuyo procedimiento es conocido como la valoración de Winkler. La DO es atrapada, o "fijada", con un colorante naranja oxido de manganeso. Este luego se disuelve con ácido sulfúrico en presencia de iones yoduro, que se convierte en yodo oxidado por el manganeso. El yodo se mide con una solución de tiosulfato sódico. La concentración de oxígeno disuelto se calcula desde el volumen de tiosulfato sódico necesario. La concentración de oxígeno disuelto se calcula por el volumen de tiosulfato sódico necesario. Las mediciones de DO se puede hacer más cómodamente con instrumentación electroquímica. "Oximetros" están sujetos a menos interferencias que la valoración de Winkler. Son portátiles y puede ser calibrado utilizando directamente el oxígeno del aire.

Demanda biológica de oxígeno... General... La demanda biológica de oxígeno es un procedimiento de medio ambiental para determinar el grado en que el oxígeno dentro de una muestra puede permitir vida microbiana. El siguiente tutorial explora la teoría y los principios fundamentales de la realización de esta prueba cuando uno tiene poca o ninguna experiencia previa. Este método es popular en muchos laboratorios ambientales analizando aguas residuales, compost, lodos, y muestras de suelo. Aunque los métodos para cada muestra son similares, este tutorial se centra en el método asociados sólo con efluentes de las aguas residuales. Los principales detalles de este método se han obtenido de Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (Method 507: 1985, and Method 218B: 1971) and the US Environmental Protection Agency of 1979 (Method 405.1). Variaciones ligeras y adicionales se han agregado a partir de mi experiencia como analista, y de ciertas observaciones han sido modificadas. Otros métodos pueden existir entre los laboratorios que realizan esta prueba, por lo que debe hacerse hincapié en que este método, aunque fue aprobado, no es definitivo. Además, este procedimiento sólo es adecuado para las muestras exentas de ciertas interferencias. Para obtener una apreciación más amplia de la demanda de


oxígeno, nuevas vías de interés puede ser exploradas incluyendo CBOD (carbonacea demanda de oxígeno), DQO (demanda química de oxígeno), y TOC (carbono orgánico total). La prueba de Demanda bioquímica de oxígeno es especialmente importante en el tratamiento de aguas residuales, la fabricación de alimentos, y la filtración instalaciones donde la concentración de oxígeno es crucial para el proceso general y los productos finales. Altas concentraciones de oxígeno disuelto (OD) predicen que el consumo de oxígeno por parte de los microorganismos es bajo a la hora de obtener los nutrientes del medio (muestra). Por otro lado, la baja DO significa altas demandas de oxígeno de LOS microorganismos, y pueden ser debidas a las posibles fuentes de contaminación en función del proceso. Realizar la prueba para DBO requiere un tiempo significativo para la preparación y análisis. Todo el proceso requiere cinco días, y no es hasta el último día en el que se recogen los datos y se evalúan. Durante este tiempo, las muestras se encuentran sembradas con microorganismos y se suministra una fuente de carbono de de glucosa-ácido glutámico. A continuación, la muestra se pone en un medio ambiente adecuado para el crecimiento bacteriano a una adecuada temperaturas, fuentes de nutrientes, y sin luz dentro de una incubadora 20oC, produciendo que el oxígeno se consuma. Controles de calidad, patrones y diluciones también se realizan para probar la exactitud y la precisión. La determinación del oxígeno disuelto dentro de la muestra puede determinarse mediante el método de valoración de Winkler. La diferencia en las lecturas iniciales de DO (antes de incubación) y las lecturas finales de Do (después de 5 días de incubación) predice la DBO de la muestra. Un límite de detección como por calidad ambiental es de 1 mg/L. ¿Por qué 5 días...? Se sabe que antes de hasta 25 días ningún cambio puede ser detectado en una botella en la cual una prueba de DBO se está llevando a cabo. En función de la naturaleza de la muestra, el examen puede estar cerca de su finalización en unos pocos días. Una actitud poco razonable es esperar demasiado tiempo para obtener resultados fiables cuando apenas hay cambios a partir de 5 días. En la medida en que las muestras son prácticamente las mismas de un periodo de muestreo a otro, el día 5 funciona bastante bien. Por ejemplo, muestras de un proceso en una planta de tratamiento de los residuos tendrá básicamente el mismo carácter durante largos períodos. El quinto día la DBO será muy útil para observar las diferencias de rendimiento de la planta. La siguiente figura muestra la simulación de prueba de DBO con diferentes tipos de coeficientes. Nota la línea vertical representa los 5 días. Si las muestras son muy diferentes en cuanto a su composición, el error en su comparación en 5 días será grande, por lo que más tiempo para realizar la prueba sería mejor. Esto se compensara con una la larga espera antes de tener resultados, y una demora en hacer estos ajustes basados en estos resultados pueden ser costosos.

Fig. 1.3.4 Típica curva de DBO de las aguas residuales domésticas que mostrando las demandas de carbono y oxígeno y nitrógeno. . (Reprinted, with permission, from S.R. Qasim, 1985, Wastewater treatmentplants-Planning, design, and operation, New York: Holt, Rinehart and Winston.)


Demanda Química de Oxígeno... La DQO se realiza por calentamiento de una parte de la muestra en una solución ácida crómico, que oxida materia orgánica químicamente. La cantidad restante de cromo (medida a través de una titulación), o la cantidad reducida de cromo que se produce (medida espectrofotométricamente), se traduce en un valor de demanda de oxígeno. La biodegradabilidad, las toxinas, y las bacterias no son importantes, y la prueba está completa en aproximadamente dos horas. La cifra será mayor que la DBO. DQO= DBO+materia inorgánica (no biodegradable) El carbono orgánico total... El TOC se hace instrumentalmente. El carbono orgánico es oxidado a dióxido de carbono mediante la quema o por oxidación química de la solución. El dióxido de carbono en forma de gas se trazará y se mide por espectrometría infrarroja o por redisolución en agua y se mide la diferencia de pH (el gas es ácido.) Ambos COD y TOC pueden a menudo ser correlacionados con DBO mediante una muestra de aguas residuales, pero cada agua residual es diferente. Como una guía aproximada, el COD de UN aguas residuales domésticas es 2,5 veces la DBO a los 5 días.

Los sólidos... Agua, un líquido, puede contener una gran cantidad de materiales sólido, tanto en formas disueltas o suspendidas. El término "disuelto" implica que las moléculas individuales de una sustancia se mezclan con las moléculas de agua. En la práctica, los sólidos son clasificados como "disueltos" si pasan a través de un filtro de fibra de vidrio con alrededor de una micra de tamaño de poro. Los sólidos capturados en el filtro son, por definición, sólidos en "suspensión". Los sólidos que precipitan de una muestra de agua durante un período de una hora se definen como "sedimentables". Los sólidos son también clasificados como "fijos" o "volátiles". Sólidos fijos son básicamente las cenizas después de la grabación de los sólidos secos; sólidos volátiles son los que se han perdido en este procedimiento. La suma de los dos se conoce como solidos"totales". (Esto puede ser confuso, como la palabra "total" se utiliza también en describir la suma de la suspendida y sólidos disueltos). Los Sólidos volátiles se utilizan a menudo como una estimación de la materia orgánica presente.


Fig. 1.3.5 .Composición típica de los sólidos en las aguas residuales (los sólidos en suspensión no están incluidos) reportado desde Crites and Tchobanoglous (1998) Significado... Los sólidos de las aguas residuales contribuyen a la formación de sedimentos; sólidos volátiles pueden estar asociados con la demanda de oxígeno. Suspendidos y los sólidos orgánicos disueltos tienen una función principal en la contaminación (apoyando el desarrollo de los microorganismos como las fuentes de alimentos y protegiendo a los microorganismos de los enemigos y desinfectantes. La mayoría de las tecnologías de tratamiento se están centrando en la eliminación de los sólidos orgánicos en las aguas residuales, por lo que el efluente es lo que causa menos problemas en el crecimiento de los agentes patógenos y los diversos organismos que crean problemas para el medio ambiente, a la ecología de los sistemas naturales y para la salud pública. Los nutrientes... Los nutrientes son considerados a menudo como compuestos de nitrógeno o de fósforo, a pesar de que, sin duda otros elementos, tales como hierro, magnesio, potasio y también son necesarios para las bacterias y el crecimiento de las plantas. El nitrógeno se produce principalmente en las formas oxidadas de nitratos (NO3-) y de los nitritos (NO2-) o las reducidas formas de amoníaco (NH3) o de "nitrógeno orgánico" donde el nitrógeno es parte de un compuesto orgánico como un aminoácido, una proteína, un ácido nucleico, o uno de los muchos otros compuestos. Todos estos pueden ser utilizados como nutrientes, aunque el nitrógeno orgánico en primer lugar debe descomponerse en una forma más simple. Fósforo es biológicamente importante en forma de fosfato, es el estado con mayor índice de oxidación del elemento. La forma biológicamente mas disponible se disuelve ortofosfato (PO4-3). (En solución, hay hasta tres hidrógenos adjuntos a la molécula, cada uno disminuye la carga negativa del ion por uno. Cómo muchos hidrógenos se adjuntan depende del pH. También hay formulas resumidas de fosfato, con más de un átomo por ion de fósforo, tales como el pirofosfato y polifosfatos. También hay fosfatos orgánicos, y todas estas formas pueden ser disueltas o partículas (es decir, insoluble). La suma de todas las formas se conoce como fósforo total. Significado... Estos nutrientes son importantes en aguas naturales porque, en exceso, pueden causar molestias como el crecimiento de algas o de plantas acuáticas. En el tratamiento de aguas residuales, la deficiencia de nutrientes puede limitar la eficacia de los procesos de tratamiento biológico. En algunas plantas al tratar aguas residuales industriales, amoníaco o ácido fosfórico deben de ser añadidos como un suplemento.


El cloro... El elemento puro existe como la molécula, Cl2, que es un gas o un líquido a temperaturas normales, dependiendo de la presión. Cuando se disuelven en el agua, la mayoría de ellas reaccionan para formar ácido hipocloroso (HOCl) y el ácido clorhídrico (HCl) que hacen que el agua sea más ácida. La HOCl se disocia, en cierta medida, de forma H+ y OCl-, llamada ión hipoclorito. (El HCl se disocia por completo.) Si hay suficiente alcalinidad para reaccionar con los iones de hidrógeno produciendo un mantenimiento del pH en punto muerto, la mayoría de los cloro se encontrara en la forma de ácido hipocloroso e iones de hipoclorito. La Desinfección se puede hacer utilizando las soluciones de hipoclorito de sodio, que producen las mismas sustancias en solución. El ión Hipoclorito no es considerado como un desinfectante fuerte como HOCl, por lo que el pH puede afectar la eficiencia del desinfectante. El cloro disuelto, el ácido hipocloroso y iones de hipoclorito, en conjunto, son todos conocidos como "cloro libre". Cloro libre puede reaccionar con amoníaco en solución para formar compuestos llamados cloraminas, que son los desinfectantes mas débiles de cloro libre, pero tienen la ventaja de que no se utilizan en el proceso de las reacciones colaterales en la medida en que el cloro es libre. Cloro libre (y las cloraminas) también reaccionar con compuestos de nitrógeno orgánico de forma orgánica cloraminas, que algunos son incluso desinfectantes más débiles. Las cloraminas se denominan "cloro combinado", y la suma de las formas libre y combinado se denominan "cloro total". (Tenga en cuenta que una gran cantidad de cloro puede oxidar el amoníaco a gas nitrógeno; esto puede ser usado como un medio de destrucción química amoníaco) Significado... El cloro es el más agente desinfectante comúnmente más usado para el agua potable y de aguas residuales. Tiene algunos inconvenientes porque produce algunos subproductos tóxicos y cancerígenos, como el cloroformo, que se forman cuando reacciona con materia orgánica presente en el agua. El cloro, por sí mismo es tóxico para la vida acuática en aguas de recepción. El almacenamiento y transporte de cloro puro líquido o gas es también un riesgo debido a la posibilidad de liberaciones accidentales a la atmósfera. Algunas plantas de tratamiento se están cambiando a solución de hipoclorito porque es más seguro para manejar. Otros lo están eliminando por completo y usan luz ultravioleta u ozono para la desinfección. Aceites y grasas... Es el nombre dado a una clase de materiales que pueden ser extraídos de agua utilizando ciertos disolventes orgánicos. Pueden ser de origen biológico (grasa animal, aceite vegetal); pueden ser "minerales" (hidrocarburos de petróleo); o pueden ser compuestos orgánicos sintéticos. Las grasas de los restaurantes y de las industrias procesadoras de alimentos pueden tapar las alcantarillas, causando obstrucciones. Productos derivados del petróleo pueden ser tóxicos, inflamables, y puede cubrir las superficies que interfieren con la biodegradación de los microorganismos en plantas de tratamiento de aguas residuales. Que en su mayoría son biodegradables, especialmente biológicas aceites y grasas, pero son un problema debido a la formación de una fase separada desde el agua. Metales... Químicamente, los metales se clasifican como elementos que tienden a perder electrones en una reacción química. En forma de sólidos, tienen facilidad para el movimiento de electrones, lo que los hace buenos conductores de la electricidad y los reflectores de la luz. Los compuestos, que tienden a tener carga positiva, porque han perdido electrones (que tienen una carga negativa), tienden a unirse con los metales. Esta tendencia hace que algunos de ellos, como el hierro y magnesio, sean biológicamente útiles en compuestos bioquímicamente activos como las enzimas. Otros, como, por ejemplo, el plomo, el cadmio y el mercurio son altamente tóxicos porque interfieren con el funcionamiento normal de estos compuestos biológicos. La US EPA enumera nueve metales que se utilizan en la industria (arsénico, cadmio, cromo, cobre, plomo, mercurio, níquel, plata, zinc y tóxicos) como metales que son "contaminantes prioritarios". El cianuro... El cianuro es el nombre de un ión compuesto de carbono y nitrógeno, CN-. Se utiliza en la industria minera, acabado de metales y el enchapado industrias, generalmente como las sales de sodio o de


potasio, NaCN o CNK - debido a su capacidad para enlazar muy fuertemente a los metales para formar complejo soluble en agua iones. Esta misma propiedad la hace altamente tóxico para los seres vivos ya que evita que la actividad normal de importantes desde el punto de vista biológico, porque contienen moléculas de metales. Sin embargo, es biodegradado por algunas bacterias en concentraciones bajas; y pueden aclimatarse a concentraciones más altas si se diera tiempo suficiente. Para microorganismos que no están aclimatados en una planta de tratamiento de aguas residuales, el cianuro "expulsado por una industria puede provocar la inhibición o incluso la muerte, que pudiendo causar una severa "problema en la planta".

Compuestos orgánicos tóxicos... Un compuesto orgánico es cualquier compuesto que contiene carbono, con la excepción de monóxido de carbono y dióxido de carbono, carbonatos, o los cianuros. Los compuestos orgánicos contienen cadenas y/o anillos de átomos de carbono, a menudo con otros elementos. Hay millones de posibles compuestos, con numerosas propiedades útiles. Muchos de ellos son biológicamente activos, ya que todos los seres vivos están formados por moléculas orgánicas. Las industrias utilizan y producen miles de compuestos orgánicos en la fabricación elementos tales como plásticos, fibras sintéticas, caucho, productos farmacéuticos, pesticidas y productos de petróleo. Algunos de estos compuestos son materiales de partida; algunos son solventes; algunos son subproductos. La US EPA listas 116 de ellos como tóxicos "contaminantes prioritarios". Uno de los principales grupos compuestos orgánicos volátiles (VOC's ), muchos de los cuales son el cloro-que contienen disolventes. También hay hidrocarburos del petróleo y materias primas para plásticos, colorantes y productos farmacéuticos. El grupo de"semi-volatiles" son los disolventes, HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos, como naftaleno, antraceno que forman parte del alquitrán), así como los plaguicidas (especialmente los plaguicidas clorados) y del PCB (bifenilos policlorados, que se utilizaban antes en los transformadores eléctricos y otros productos). Alcalinidad… La alcalinidad de las aguas residuales se debe a la presencia de los hidróxidos [OH-], carbonatos [CO3], y bicarbonatos [HCO-] de elementos tales como el calcio, magnesio, sodio, potasio, y el amoníaco. De estos, el calcio y el magnesio bicarbonatos son más comunes. Los boratos, silicatos, fosfatos y compuestos similares también pueden contribuir a la alcalinidad. La alcalinidad de las aguas residuales ayude a resistir cambios en el pH causado por la adición de ácidos. Normalmente las aguas residuales son alcalinas, recibiendo su alcalinidad del agua, el agua subterránea, y los materiales añadidos en uso doméstico. La concentración de alcalinidad de las aguas residuales es importante en los casos en que las químicas y biológicas tratamiento se va a utilizar, de eliminación de nutrientes biológicos, y en los que el amoníaco es que hay que extraer por extracción con aire.

Los microorganismos patógenos...

Las aguas residuales contienen grandes cantidades de microbios que pueden causar enfermedades en los seres humanos, incluidos los virus, bacterias, hongos, protozoos y helmintos (y sus huevos u óvulos). Se originan en las personas que son infectadas o son portadores. Mientras que muchos de ellos pueden ser medidos directamente por técnicas de microscopía (algunos de ellos después concentración), el análisis se realiza con mayor frecuencia por los llamados "organismos indicadores". Estos organismos, si bien no son demasiado nocivos ellos mismos, son bastante fáciles de detectar y por eso son elegidos porque indican que los patógenos más graves es probable que estén presentes. Por ejemplo, en las plantas de tratamiento de aguas residuales son a menudo necesarios comprobar que sus efluentes no tengan el grupo conocido como "coliformes fecales", que incluyen la especie E. coli, indicativo de contaminación por materiales de los intestinos de los animales de sangre caliente. Pruebas en los suministros de Agua para un grupo llamado "coliformes totales", y en algunos casos, para determinar una contaminación bacteriana general (recuento en placa de heterotrofos, o HTP).

Figura 1.3.6. Interrelaciones de los sólidos entre el agua y las aguas residuales. En la mayoría de la literatura sobre la calidad del agua los sólidos que pasando a través del filtro son llamados sólidos disueltos. (Tchobanoglous y Schroeder, 1985.)


(*)Reportado desde Wastewater Engineering Treatment and Reuse Metcalf & Eddy (2003), Cuadro 1.3.10 Clasificaciones de partículas en los sólidos totales, relacionado con su tamaño y su forma de las aguas residuales


Fig. 1.3.7 Clasificaci贸n de los s贸lidos en medio de aguas residuales (Metcalf y Eddy, Inc. 1991.)

Cuadro 1.3.11 .Compuestos olorosos asociados con aguas residuales sin tratar


Fig. 1.3.6 Pasos principales en un caudal convencional de una planta de tratamiento de aguas residuales, mostrando la eliminaci贸n de compuestos por cada paso


Cuadro 1.3.11 Aparición de algunos de los patógenos en la orina, fecales y aguas grises

Patogenos

Nombres comunes de las infecciones causadas

b

Presents en: orina fecales

Aguas grises

Bacteria: Escherichia coli

diarrea

*

*

*

Leptospira interrogans

leptospirosis

*

Salmonella typhi

tifus

*

*

*

Shigella spp

shigellosis

*

Vibrio cholerae

Colera

*

Poliovirus

poliomelitis

*

Rotaviruses

gastroenteritis

*

Virus: *

Protozos - amebas or cistoides: Entamoeba histolytica amebiasis

*

*

Giardia intestinalis

*

* *

giardiasis

Helminths - parasite eggs: Ascaris lumbricoides

Gusanos intestinales

*

Fasciola hepatica

Afeccion al higado

*

Ancylostoma duodenale

Gusanos intestinales

*

*

Necator americanus

Gusanos intestinales

*

*

Schistosoma spp

schistosomiasis

*

*

Taenia spp

Gusanos intestinales (6 metros)

*

*

Trichuris trichiura

Gusanos en la sangre (anemia)

*

*

*

a

La orina es normalmente estéril; la presencia de patógenos indica contaminación fecal o infección del host, principalmente con Salmonella typhi, Schistosoma haematobium o Leptospira

Cuadro 1.3.12. Supervivencia de los patógenos excretados (20-30 °C)

Tipo de patógenos

Tiempo de supervivencia en días A través de las heces, excreta y fangos

En agua dulce y las aguas residuales

En el suelo

En cultivos

<100 (<20)

<120 (<50)

<100 (<20)

<60 (<15)*

Virus Enterovirus


Bacteria Coliformes fecales

<90 (<50)

<60 (<30)

<70 (<20) <30 (<15)

Salmonella spp.

<60 (<30)

<60 (<30)

<70 (<20) <30 (<15)

Shigella spp.

<30 (<10)

<30 (<10)

-

<10 (<5) < 5 (<2)

Vibrio cholerae Protozos Entamoeba histolytica Helmintos Huevos de Ascaris lunbricoides

<30 (<5)

<30 (<10)

<20 (<10)

<30 (<15)

<30 (<15)

<20 (<10) <10 (< 2)

<30 (<15)

<30 (<15)

<20 (<10) <10 (< 2)

Muchos

Muchos

Muchos

Meses

Meses

Meses

<60 (<30)

* Las cifras entre paréntesis indican el tiempo habitual de supervivencia. Fuente: Feachem et al. (1983)

Respuestas sugeridas Respuestas a las preguntas en la página... 1.3A todos los trabajos y acciones necesarias para un buen funcionamiento de una planta depuradora: (1) Un correcto funcionamiento de la planta, según las leyes y normas ambientales y sobre todo para todos los productos que cumplan con las condiciones ambientales aprobados para el funcionamiento de la EDAR (2) Correcto funcionamiento en la planta de higiene y seguridad en las condiciones de trabajo (3) Correcto funcionamiento de los equipos (4) Para todos los trabajos realizados en condiciones normales, irregulares, situaciones de emergencia, actuar según las instrucciones y órdenes dictadas por el director de la fábrica, responsable de la operación. (5) El muestreo, preparación de muestras y transporte al laboratorio para su análisis (6) Todas las pruebas básicas y análisis, si esta dentro de sus responsabilidades (7) Mantener un calendario con todos los trabajos diarios, todos los eventos y acciones (8) Informes con todos los resultados. 1.3B las bacterias que causan enfermedades en las aguas residuales provenientes de los desechos del cuerpo de los seres humanos que tienen una enfermedad. 1.3C Patógenos causantes de enfermedades. 1.3D Cloración es el medio más utilizado en la desinfección de las aguas residuales tratadas. 1.3E Los principales componentes de las aguas residuales son: (1) Aguas residuales domesticas (también llamadas sanitarias) (2) Las aguas residuales industriales. (3) Infiltración/entrada aguas(filtración) (4) Las aguas pluviales.

Respuestas a las preguntas en la página... 1.3F Los sólidos totales consisten de sólidos disueltos y suspendidos, ambas de las cuales contienen materia orgánica e inorgánica. 1.3G Los sólidos sedimentables se deben medir para determinar la eficiencia de las balsas de decantación. Esta cantidad debe también ser conocidas para calcular las cargas en las balsas de decantación, las bombas de los fangos e instalaciones para el diseño y funcionamientos operacionales de los fangos. (Debes de haber reconocido la necesidad de conocer la eficiencia de balsas de decantación.)


1,3 H Un cono Imhoff se usa para medir s贸lidos sedimentables.


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