2010
[MÓDULO IV: LAS AGUAS RESIDUALES; TRATAMIENTOS DE LAS AGUAS RESIDUALES] CURSO: TÉCNICO EN XESTIÓN MEDIOAMBIENTAL
MÓDULO: Nº 4. LAS AGUAS RESIDUALES TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES
INDICE.
1. NORMATIVA LEGAL. 2. DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS, INDUSTRIALES, AGRICOLAS Y GANADERAS.
3.
TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS: TRATAMIENTOS PRIMARIOS; SECUNDARIOS; BIOLÓGICOS.
4. TRATAMIENTO TERCIARIO DE LAS AGUAS RESIDUALES. 5. REUTILIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS. NORMATIVA ESPECÍFICA. DIFERENTES USOS FINALES.
6. TRATAMIENTO DE LA AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES. 7. MODELOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS (EDARs Urbanas) PARA MEDIANAS Y GRANDES ENTIDADES DE POBLACIÓN.
8. FOSAS SEPTICAS Y OTROS SISTEMAS DE TRATAMIENTOS PARA PEQUEÑOS NUCLEOS DE POBLACIÓN. 9. MODELOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES (EDARis) PARA DIFERENTES SECTORES DE ACTIVIDADES.
1. NORMATIVA LEGAL. 1. El Real Decreto Ley 11/1995, de 28 de diciembre, por el que se establecen las Normas Aplicables al Tratamiento de las Aguas Residuales Urbanas. 2. Real Decreto 509/1996, de 15 de marzo, de desarrollo del Real Decretoley 11/1995, de 28 de diciembre, por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de las aguas residuales urbanas. Modificado por : Real Decreto 2116/1998, de 2 de octubre, por el que se modifica el Real Decreto 509/1996, de 15 de marzo, de desarrollo del Real Decreto-ley 11/1995, de 28 de diciembre, por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de las aguas residuales urbanas.
Este Real Decreto-ley incorpora al derecho interno la Directiva 91/271/CEE, de 21 de mayo, sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas. En este Decreto ley se impone a determinadas aglomeraciones urbanas la obligación de disponer de sistemas colectores para la recogida y conducción de las aguas residuales, y de aplicar a estas distintos tratamientos antes de su vertido a las aguas continentales o marítimas. En la determinación de estos tratamientos se tiene en cuenta si los vertidos se efectúan en zonas sensibles, lo que determinará que el tratamiento sea más o menos riguroso. En el también se fijan los requisitos técnicos que deberán cumplir los sistemas colectores y las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, los requisitos de los vertidos procedentes de instalaciones secundarias o de aquellos que vayan a realizarse en zonas sensibles y regula el tratamiento previo de los vertidos de aguas residuales industriales cuando estos se realicen a sistemas colectores o a instalaciones de depuración de aguas residuales urbanas. Asimismo se determinan los criterios que deben considerarse para la declaración de las zonas sensibles y zonas menos sensibles, que corresponde efectuar bien a la Administración general del Estado o a las comunidades autónomas. También establece que las administraciones públicas, en el ámbito de sus respectivas competencias, deberán efectuar el seguimiento y los controles precisos para garantizar el cumplimiento de las obligaciones contempladas tanto en el Real-Decreto-ley. Determinación de los habitantes equivalentes: Se calculará a partir del valor medio diario de carga orgánica biodegradable, correspondiente a la semana de máxima carga del año, sin tener en consideración situaciones producidas por lluvias intensas u otras circunstancias excepcionales.
Comentario [up1]: Los criterios que se utiliza para fijar estas obligaciones son los habitantes equivalentes (concepto definido en función de la carga contaminante tanto de personas, como de animales e industrias y las aglomeraciones urbanas, que son las zonas que presentan una concentración suficiente para la recogida y conducción de las aguas residuales, asimismo también se toma en consideración la mayor o menor sensibilidad de la zona en la que se van a realizar los vertidos. Comentario [up2]: Con carácter general se establecen dos obligaciones claramente diferenciadas: En primer lugar las Aglomeraciones Urbanas deberán disponer, según los casos, de sistemas colectores para la recogida y conducción de las aguas residuales, y, en segundo lugar, se prevén distintos tratamientos a los que deberán de someterse dichas aguas antes de su vertido a las aguas continentales o marítimas.
Requisitos de los vertidos procedentes de las instalaciones de tratamiento secundario. Los vertidos procedentes de las instalaciones de tratamiento secundario o de un proceso equivalente, deberán cumplir los requisitos que figuran en el anexo I. No obstante, las autorizaciones de vertido podrán imponer requisitos más rigurosos cuando ello sea necesario para garantizar que las aguas receptoras cumplan con los objetivos de calidad fijados en la normativa vigente. Zonas Sensibles. Se considera que un medio acuático es zona sensible si puede incluirse en uno de los siguientes grupos: Lagos, lagunas, embalses y aguas marítimas que sean eutróficos o que podrían llegar a ser eutróficos en un futuro próximo si no se adoptan medidas de protección. ( Se entenderá por Eutrofización el aumento de nutrientes en el agua, especialmente de los compuestos de nitrógeno o de fósforo, que provoca un crecimiento acelerado de algas y especies vegetales superiores, con el resultado de trastornos no deseados en el equilibrio entre los organismos presentes en el agua y en la calidad del agua a la que afecta. Podrán tenerse en cuenta los siguientes elementos en la consideración del nutriente que debe ser reducido con un tratamiento adicional: a. Lagos y cursos de agua que desemboquen en lagos, lagunas, embalses, bahías cerradas que tengan un intercambio de aguas escaso y en los que, por lo tanto puede producirse una acumulación. En dichas zonas conviene prever la eliminación de fosforo a no ser que se demuestre que dicha eliminación no tendrá consecuencias sobre el nivel de eutrofización. También podrá considerarse la eliminación de nitrógeno cuando se realicen vertidos de grandes aglomeraciones urbanas. b. Estuarios, bahías y otras aguas marítimas que tengan un intercambio de aguas escaso o que reciban gran cantidad de nutrientes. Los vertidos de aglomeraciones pequeñas tienen normalmente poca importancia en dichas zonas, pero para las grandes aglomeraciones deberá incluirse la eliminación de fósforo y/o nitrógeno a menos que se demuestre que su eliminación no tendrá consecuencias sobre el nivel de eutrofización. Aguas continentales superficiales destinadas a la obtención de agua potable que podrían contener una concentración de nitratos superior a la que establecen las disposiciones pertinentes. Masas de agua en las que sea necesario un tratamiento adicional al tratamiento secundario establecido. Zonas menos sensibles: Un medio o zona de agua marina podrá catalogarse como zona menos sensible cuando el vertido de aguas residuales no tenga efectos negativos sobre el medio ambiente
debido a la morfología, hidrología o condiciones hidráulicas específicas existentes en esta zona. Al determinar las zonas menos sensibles se tomará en consideración el riesgo de que la carga vertida pueda desplazarse a zonas adyacentes y ser perjudicial para el medio ambiente. Para determinar las zonas menos sensibles se tendrán en cuenta los siguientes elementos: Bahías abiertas, estuarios y otras aguas marítimas con un intercambio de agua bueno y que no tenga eutrofización o agotamiento de oxigeno, o que se considere que es improbable que lleguen a desarrollarse fenómenos de eutrofización o de agotamiento del oxigeno por el vertido de las aguas residuales.
Los vertidos de las aguas residuales industriales en los sistemas de alcantarillado, sistemas colectores o en las instalaciones de depuración de aguas residuales urbanas serán objeto del tratamiento previo que sea necesario para: a. Proteger la salud del personal que trabaje en los sistemas colectores y en las instalaciones de tratamiento. b. Garantizar que los sistemas colectores, las instalaciones de tratamiento y los equipos correspondientes no se deterioren. c. Garantizar que no se obstaculice el funcionamiento de las instalaciones de tratamiento de aguas residuales. d. Garantizar que los vertidos de las instalaciones de tratamiento no tengan efectos nocivos sobre el medio ambiente y no impidan que las aguas receptoras cumplan los objetivos de calidad de la normativa vigente. e. Garantizar que los fangos puedan evacuarse con completa seguridad de forma aceptable desde la perspectiva medioambiental. En ningún caso se autorizará su evacuación al alcantarillado o al sistema colector. 3. REAL DECRETO 1620/2007, DE 7 DE DICIEMBRE, POR EL QUE SE ESTABLECE EL RÉGIMEN JURÍDICO DE LA REUTILIZACIÓN DE LAS AGUAS DEPURADAS. La ley 11/2005, de 22 de junio, por la que se modifica la Ley 10/2001, de 5 de julio, del plan hidrológico nacional, contiene una modificación del texto refundido de la ley de aguas, aprobado por Real Decreto Legislativo 1/2001, de 20 de julio, en la que se ha dado nueva redacción al artículo 109.1 ―el gobierno establecerá las condiciones básicas para la reutilización de las aguas, precisando la calidad exigible a las aguas depuradas según los usos previstos. El titular de la concesión o autorización deberá sufragar los costes necesarios para adecuar la reutilización de las aguas a las exigencias de calidad vigentes en cada momento‖. Se hace preciso establecer una regulación reglamentaria más completa y detallada que posibilite las soluciones necesarias respecto de la reutilización.
Donde se define el concepto de reutilización y se introduce la denominación de aguas regeneradas. Se determinan los requisitos necesarios para llevar a cabo la actividad de utilización de aguas regeneradas, los procedimientos para obtener la concesión exigida en la ley así como disposiciones relativas a los usos admitidos y exigencias de calidad precisas en cada caso. Finalmente debe destacarse la incorporación de 2 anexos; el anexo I recoge los criterios de calidad para la utilizqación de las aguas regeneradas según los usos. Estos criterios tendrán la consideración de mínimos obligatorios exigibles. Por su parte el anexo II contiene el modelo normalizado de solicitud que deben presentar quienes deseen obtener la concesión o autorización de reutilización de aguas depuradas. NITRATOS DE ORIGEN AGRARIO
4. RD 261/1996, DE 16 DE FEBRERO SOBRE PROTECCIÓN DE LAS AGUAS CONTRA LA CONTAMINACIÓN PRODUCIDA POR LOS NITRATOS PROCEDENTES DE ACTIVIDADES AGRARIAS. SUSTANCIAS PELIGROSAS Vertidos a Dominio Público Hidráulico
5. RD 995/2000, DE 2 DE JUNIO, POR EL QUE SE FIJAN OBJETIVOS DE CALIDAD PARA DETERMINADAS SUSTANCIAS CONTAMINANTES 6. ORDEN 12 DE NOVIEMBRE DE 1987 NORMAS DE EMISIÓN, OBJETIVOS DE CALIDAD Y MÉTODOS DE MEDICIÓN DE REFERENCIA RELATIVOS A DETERMINADAS SUSTANCIAS NOCIVAS O PELIGROSAS CONTENIDAS EN LOS VERTIDOS DE AGUAS RESIDUALES (MERCURIO (EN ELECTRÓLISIS DE CLORUROS ALCALINOS), MERCURIO (EN OTROS PROCEDIMIENTOS INDUSTRIALES), CADMIO, HEXACLOROCICLOHEXANO (HCH)., TETRACLORURO DE CARBONO, DICLORODIFENILTRICLOROETANO (DDT), PENTACLOROFENOL.) Vertidos al mar 7. ORDEN 31 DE OCTUBRE DE 1989 MODIFICADA POR ORDEN DE 9 DE MAYO DE 1991 8. ORDEN DE 28 DE OCTUBRE DE 1992
2. DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS, INDUSTRIALES, AGRICOLAS Y GANADERAS.
Aguas Residuales Urbanas: Las aguas residuales domesticas o la mezcla de estas con aguas residuales industriales o con aguas de escorrentía pluvial. Aguas Residuales domésticas: Las aguas residuales procedentes de zonas de vivienda y de servicios, generadas principalmente por el metabolismo humano y las actividades domesticas. Aguas Residuales Industriales: Todas las aguas residuales vertidas desde locales utilizados para cualquier actividad comercial o industrial, que no sean aguas residuales domésticas ni aguas de escorrentía pluvial. Aguas residuales Agrícolas y Ganaderas: La contaminación de origen agrícola deriva, principalmente, del uso de plaguicidas, pesticidas, biocidas, fertilizantes y abonos, que son arrastrados por el agua de riego, llevando consigo sales compuestas de nitrógeno, fósforo, azufre y trazas de elementos organoclorados que pueden llegar al suelo por lixiviado y contaminar las aguas s ubterráneas. En explotaciones ganaderas, la contaminación procede de los restos orgánicos que caen al suelo y de vertidos con aguas cargadas de materia orgánica, que asimismo pueden también contaminar las aguas subterráneas.
Se define como características de un agua, al conjunto de parámetros que caracterizan el agua. En principio, hay muchas características que definen un agua residual, sin embargo, pueden ser unas pocas las que se necesitan para caracterizarla, cuando se conoce su origen o destino. El agua residual en función de la actividad en que se ha utilizado se caracteriza mediante unos pocos parámetros específicos. Propiedades Físicas.
Color. El color es debido a la presencia de iones metálicos, humus materiales turbios, plancton, extractos vegetales y descargas industriales (productos químicos, colorantes, etc.) El color en el agua afecta: - a las propiedades organolépticas. - a la fotosíntesis de la flora acuática.
Olor. Normalmente, los olores son debidos a los gases producidos por la descomposición de la materia orgánica.
Sabor. El problema con el sabor del agua es similar al del olor, su detección se realiza a través del sentido del gusto y está condicionado a la percepción del
individuo.
Temperatura. La temperatura condiciona los procesos de depuración biológica (destrucción de materia orgánica y de nitrificación); es pues importante su control. A medida que desciende la temperatura se ralentizan los procesos señalados. Es un parámetro muy importante por su efecto en la vida acuática, en las reacciones químicas y velocidades de reacción, y en la aplicabilidad del agua a usos útiles. Una temperatura más elevada puede producir los siguientes efectos: • Disminuye la solubilidad del oxígeno. • Aumenta la velocidad de las reacciones químicas. • Un taponamiento del agua fría, más densa. • Aumenta el metabolismo de los organismos acuáticos. • Alteraciones de procesos reproductivos.
Sólidos totales. se define como toda la materia que queda como residuo de evaporación a 103-105 ºC.
Propiedades químicas.
Materia orgánica. En un agua residual de concentración media, un 75% de los sólidos suspendidos y un 40% de los sólidos filtrables son de naturaleza orgánica. Los principales grupos de sustancias orgánicas hallados en el agua residual son las proteínas (40 a 60%), carbohidratos (25 a 50%) y grasas y aceites (10%). La urea, principal constituyente de la orina, es otro importante compuesto orgánico del agua residual.
Compuestos orgánicos sintéticos. Es el caso de los hidrocarburos, fenoles, productos farmacéuticos, etc., procedentes de vertidos urbanos e industriales.
Grasas y aceites. El término grasas y aceites se aplica a una amplia variedad de sustancias orgánicas con características especiales. Estas características se refieren a su baja solubilidad en agua y a su tendencia a formar películas muy finas en la superficie de la misma. Incluyen aceites, ceras, ésteres, etc. Son diversos los problemas que ocasionan, todos originados por su baja solubilidad en agua y su tendencia a formar finas películas, lo que interfiere en la transferencia del oxígeno atmosférico, indispensable tanto para la autopurificación de los cuerpos naturales de agua como en los sistemas de
tratamiento biológico.
Oxígeno. El requerimiento de oxígeno de organismos presentes en el agua es indicador de la calidad de éstas, una masa de agua contaminada es aquella en que la concentración de oxígeno disuelto está por debajo del mínimo necesario para mantener las poblaciones normales de tal agua.
La principal causa de desoxigenación del agua es la presencia de sustancias que consumen oxígeno, bien directamente (son compuestos que se oxidan con facilidad) o indirectamente (a través de su degradación biológica por las bacterias). Como ejemplo del primer caso se encuentran algunas sustancias inorgánicas, y en el segundo (actividad bacteriana) se encuentran los compuestos orgánicos, procedentes de aguas residuales domesticas y agropecuarias, y desechos de algunas industrias (papeleras, alimentarias, mataderos, etc.).
Demanda bioquímica de oxígeno. El parámetro de contaminación orgánica más utilizado y aplicable a las aguas residuales y superficiales es la DBO que consiste en la determinación de la cantidad de oxígeno necesaria para la completa degradación biológica de la materia orgánica. En el desarrollo de este consumo bioquímico se distinguen dos fases sucesivas: la descomposición de los compuestos hidrocarbonados, que son fácilmente atacables por las bacterias y proporcionan energía rápida; la nitrificación (oxidación total de los compuestos de nitrógeno), que suele empezar cuando los compuestos hidrocarbonados escasean y las bacterias necesitan obtener energía de compuestos alternativos.
La curva representativa de la DBO acumulada alcanza un nivel estacionario hacia los 20-25 días, denominado Demanda Última de Oxígeno (DUO). Cuando se alcanza esta fase estacionaria se puede considerar que la materia orgánica contenida en el agua ha sido completamente degradada. La prueba se realiza mediante la incubación de una muestra de agua en oscuridad (para evitar aportes o fotosíntesis) y en reposo (para evitar aportes por dilución debidos a la agitación), a 20ºC de temperatura, y durante 5 días (DBO5) (al cabo de los cuales se ha degradado el 60-70% de la materia orgánica presente). El consumo es debido a la acción de los microorganismos del agua sobre la materia orgánica. La diferencia entre los niveles de oxígeno al principio y al cabo de los 5 días se utiliza como una estimación del total de oxígeno necesario. Los resultados se indican como miligramos de oxígeno por litro de agua.
Curva de la DBO [32].a) Curva normal para oxidación de la materia orgánica. B) Influencia de la nitrificación.
a los 5 días (DBO5). Supone esta determinación la medida del oxigeno disuelto utilizado por los microorganismos en la oxidación bioquímica de materia orgánica.
Demanda Química de Oxígeno (D.Q.O.): El ensayo de la D.B.O. proporciona una estimación realista de la calidad del agua, pero tiene varios inconvenientes: - necesita demasiado tiempo - es incómoda de realizar (por las condiciones necesarias para la incubación) - tiene una reproducibilidad baja, de +-20% - el proceso es sensible a la presencia de sustancias que afecten a la actividad y/o viabilidad de las bacterias (antibióticos, metales, compuestos orgánicos aromáticos, detergentes, etc.). En la DBO se supone que todo el consumo de oxígeno es debido a la actividad bacteriana. Sin embargo, puede haber también un consumo debido a reacciones químicas de oxidación. En este caso el resultado de la DBO se vería afectado por este consumo químico. Todas estas razones llevaron a buscar otros ensayos más cortos, que si bien no dan un resultado de igual valor, si al menos representa un índice de la D.B.O.
El ensayo de D.Q.O. se realiza añadiendo al agua residual, un oxidante químico fuerte (permanganato potásico en frío en medio ácido, o en caliente en
medio alcalino; o dicromato potásico con sulfúrico y manteniendo el mismo a ebullición un cierto tiempo -dos horas a reflujo-).; la oxidación es rápida. Al final del ensayo se valora el consumo de oxidante que ha habido, el cual se expresa en mg de oxígeno por litro de agua. Los niveles de DQO suelen ser mayores que los de DBO, debido a que en este caso se oxidan sustancias que o bien no son atacables por las bacterias (como plásticos), o bien son tóxicas para ellas (como los antibióticos), además de oxidar también compuestos químicos inorgánicos cuya lenta oxidación no se detecta en la DBO. Para las aguas residuales urbanas, existe una cierta relación entre la D.B.O. y la D.Q.O. que viene a ser: - Aguas residuales brutas D.Q.O./ D.B.O.=
2,2 á 2,8
- Aguas residuales depuradas D.Q.O./ D.B.O.= La relación entre D.Q.O./ D.B.O.
2,6 á 3,2 da un índice de la biodegradabilidad de las materias orgánicas contenidas en el agua.
Carbono orgánico total. Otro medio de medir la materia orgánica presente en el agua es el ensayo COT, especialmente aplicable a pequeñas concentraciones de materia orgánica. El ensayo se lleva a cabo inyectando una cantidad conocida de la muestra en un horno a alta temperatura (900-1000ºC). El carbono orgánico se oxida a anhídrido carbónico en presencia de un catalizador. El anhídrido carbónico producido es medido cuantitativamente con un analizador de infrarrojos. Sin embargo, esta prueba sólo indica la cantidad mínima de oxígeno que puede ser necesaria para degradar completamente el carbono orgánico; no tiene en cuenta los requerimientos de oxígeno de otros elementos (como el nitrógeno de las proteínas) ni la existencia de complicadas rutas bioquímicas de degradación que pueden necesitar una cantidad de oxígeno mayor de la estrictamente necesaria.
Materia Inorgánica.
pH. Los valores de pH dan una medida de la acidez o basicidad del agua. Si las aguas residuales urbanas no contienen vertidos industriales, su pH oscila entre 6,5 y 8,5, valores a los que los procesos de depuración no plantean problemas. Fuera del rango señalado, se producen problemas en los procesos biológicos. Los valores ácidos facilitan la disolución de otras sustancias, entre las que las más peligrosas son los metales. Los vertidos deben de ser neutralizados (ajustado a pH 7) antes de ser realizado, ya que en caso contrario puede producir daños irreversibles al medio. Salinidad y grado de dureza. Puede condicionar el uso del agua para abastecimiento humano y animal y para agricultura, y en ocasiones también para la industria (por el problema de incrustaciones en las conducciones). El grado de dureza del agua hace referencia principalmente al contenido en carbonatos, y en menor medida de sulfatos y otras sales. Sin embargo, ante la dificultad de valorar los carbonatos (por su equilibrio con el CO2 atmosférico), los valores se expresan como contenido en calcio del agua. Nitrógeno y fósforo. Los elementos nitrógeno y fósforo son esenciales para el crecimiento de protistas y plantas y, como tales, son conocidos como nutrientes o bioestimulantes. Están implicados en procesos de eutrofización de las masas de agua. En condiciones naturales su concentración tiende a incrementarse lentamente con el tiempo, de acuerdo con la evolución de los lagos (eutrofización natural), sin embargo, los aportes procedentes de los vertidos urbanos, industriales y agropecuarios originan la eutrofización cultural, con efectos negativos para los usos del agua (vida acuática, consumo, recreo). Las formas predominantes de nitrógeno en el agua residual son las amoniacales, nitrógeno orgánico, nitratos y nitritos. El nitrógeno orgánico presente en el agua como urea o formando parte de proteínas) se transforma sucesivamente en amoniaco, nitritos y nitratos, siempre y cuando haya oxígeno suficiente. Los nitratos son nutrientes para las plantas, pero el amoniaco y los nitritos son sustancias tóxicas y corrosivas. Si el agua está muy contaminada, el agotamiento del oxígeno puede llevar a la acumulación de nitritos o de amoniaco. En condiciones normales, la cantidad de amoniaco y nitritos es baja; sin embargo, los vertidos urbanos e industriales pueden elevar sus concentraciones a límites tóxicos para los organismos. Incluso los nitratos, fertilizantes para las plantas, pueden ser tóxicos para los animales si se encuentran en concentraciones elevadas, ya que pueden producir nitritos. En solución acuosa, el nitrógeno amoniacal puede estar como amoniaco (NH3) o como ión amonio (NH4 +), según el pH del agua: a valores superiores a 7 predomina el amoniaco. La determinación se realiza elevando el pH con lo que el amoniaco se desprende como gas, que es condensado y valorado. Nitritos y nitratos se valoran mediante técnicas colorimétricas. El nitrógeno orgánico (proteico) se valora según el método Kjeldahl. El nitrógeno total kjeldahl incluye el nitrógeno en forma de amonio y el nitrógeno orgánico que se transformara en amonio por la acción de los microorganismos.
El fósforo es también esencial para el crecimiento de las algas y otros organismos biológicos. Es tóxico para los animales en concentraciones elevadas. En condiciones naturales, los niveles de fósforo en el agua son pequeños. Sin embargo, los aportes antropogénicos (urbanos-restos de detergentes-, agrícolas, ganaderos e industriales -fabricación de detergentes, fertilizantes agrícolas, empresas de limpieza textil, etc.-) pueden aportar cantidades importantes.
Compuestos metálicos e inorgánicos tóxicos. En general, su procedencia es antropogénica, tanto directa por vertido desde centros urbanos e industriales, como indirecta por liberación de los compuestos metálicos del suelo, a consecuencia de lluvias ácidas.
Comentario [up3]: halogenuros, hidroxilos, oxoácidos, compuestos de mercurio, sulfuro de mercurio, cloruro de mercurio…
ORGANISMOS PATÓGENOS. Los microorganismos patógenos se encuentran en todas las aguas residuales;
3. TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS: TRATAMIENTOS PRIMARIOS; SECUNDARIOS; BIOLÓGICOS.
Las aguas residuales municipales se recogen mediante un sistema de alcantarillado; los primeros servían únicamente para llevar las aguas residuales domésticas sin tratar hasta un cauce cercano, posteriormente se construyeron depuradoras Las instalaciones depuradoras son las encargadas de minimizar los efectos de tales vertidos, disminuyendo o retirando completamente del agua las sustancias peligrosas para los organismos acuáticos (partículas en suspensión, metales, sustancias consumidoras de oxígeno, sales eutrofizantes, etc.). La selección de los procesos de tratamiento de aguas residuales depende de factores como: Características del agua residual: DBO, materia en suspensión, productos tóxicos. Calidad del efluente de salida requerido.
Comentario [up4]: Cuando las poblaciones eran pequeñas y no había tanto desarrollo industrial los ríos eran capaces de asimilar naturalmente los contaminantes producidos.
Presencia de aguas residuales ganaderas y/o efluentes industriales. Estacionalidad de los vertidos. Presencia de cultivos marinos en las rías. Temperaturas medias anuales y climatología de la zona. Coste y disponibilidad de los terrenos, costes de operación y mantenimiento de la planta. Para los núcleos de poblaciones de más de 2000 habitantes se recomienda la instalación de depuradoras de obra civil, considerándose módulos prefabricados para poblaciones menores. El esquema general de una instalación de una depuración de aguas residuales consta en general de cuatro etapas o procesos, dispuestos en serie: - Pretratamiento, en el que se eliminan los cuerpos de gran tamaño y las arenas. - Tratamiento primario, que elimina la mayor parte de los materiales sólidos en suspensión, consiguiendo con ello una rebaja moderada de la DBO. - Tratamiento secundario, en el que se produce la oxidación biológica de la materia orgánica disuelta, disminuyendo grandemente la DBO. - Tratamiento terciario, que elimina los pequeños materiales que puedan quedar en suspensión, el exceso de algunas sustancias disueltas, y los microorganismos patógenos que pueda haber en el agua. Además del tratamiento del agua las depuradoras deben gestionar también los fangos y lodos obtenidos de los tratamientos secundario y terciario, y los restos procedentes del tratamiento primario.
Pretratamiento. Mediante las operaciones del pretratamiento se elimina, en forma de residuos de volumen generalmente moderado, la parte de contaminación más visible y molesta desde el punto de vista de la explotación (sólidos de grandes y medianas dimensiones, arenas, gravas, etc.), concentrando en zonas reducidas los residuos más desagradables. Desbaste. El primer paso en el tratamiento del agua residual consiste en la separación de los sólidos de mayor volumen. De manera que entre otros beneficios se incluyan: - Protección mecánica de equipos - Protección frente a obstrucciones - Eludir posibles depósitos posteriores - Aumentar la eficacia y operatividad de los elementos posteriores. Esto se va a lograr mediante el empleo de rejas y tamices Dilaceración. Este procedimiento está en la actualidad prácticamente en desuso (sólo se usa con aguas residuales industriales, y pocos casos), rompe los sólidos grandes
Comentario [up5]: Este pretratamiento a veces nos podemos encontrar que no se considera y todas las operaciones que a continuación se incluyen dentro del pretratamiento, pueden estar incluidas dentro del tratamiento primario.
en otros de menor tamaño, reincorporándolos a la corriente de agua.
Desarenado. Mediante este proceso se elimina la arena, grava y demás partículas minerales ( y también orgánicas, como granos de café, semillas, huesos, cáscaras de frutas o de huevos, etc.) de tamaño superior a uno prefijado (en general, superior a 0,2 mm y densidades mayores o iguales a 1,5 g/cm3). Su misión es proteger los equipos mecánicos móviles de la planta de la abrasión y el desgaste anormales, además de reducir la formación de depósitos de tales materiales. Desengrasado. Se eliminan las grasas, aceites y demás materias flotantes ligeras, que pueden entorpecer otros procesos posteriores (bloqueando la difusión del oxígeno desde el aire, y permitiendo la acumulación de gases –como amoniaco y sulfhídrico- en el agua). El tratamiento de desengrasado de aguas residuales urbanas antes de su vertido a las alcantarillas, se le puede imponer a algunas empresas artesanas, restaurantes etc. Preaireación. Su utilización se limita a cuando el contenido de oxígeno es bajo o nulo, o los olores son intensos. Normalmente, el aire se burbujea desde difusores situados en el fondo. Tratamiento Primario. Con estos tratamientos se eliminan los sólidos en suspensión del agua residual. Como parte de tales sólidos son materia orgánica, la consecuencia del tratamiento primario es la reducción del la DBO, y también de la contaminación bacteriológica y de la turbidez. Su fundamento es que cuando un líquido que contiene sólidos en suspensión se encuentra en estado de relativo reposo, los sólidos de peso específico superior al del líquido tienden a depositarse, mientras que aquellos de menor peso específico ascienden. Por lo tanto se eliminan los sólidos tanto por la parte superior como por la parte inferior del sedimentador. Aunque existen muchos procesos que pueden considerarse como pertenecientes al tratamiento primario, los más importantes son:
- Procesos de separación sólido-líquido: Sedimentación: (o decantación primaria): el objetivo de la decantación primaria es la eliminación de los sólidos en suspensión de pequeño tamaño (no retenidos en el pretratamiento, o cuando éste no se realiza) mediante la acción de la gravedad. Flotación: Se crean microburbujas de aire en la masa de agua; las partículas sólidas se adhieren a éstas y son arrastradas a la superficie, de donde se eliminan. Para crear las microburbujas, se presuriza el flujo de agua, se introduce aire hasta la saturación, y se despresuriza; el exceso de aire disuelto se libera en forma de microburbujas. Procesos mixtos: (Decantación-flotación): se aprovechan las características de ambos procesos: se trata de un decantador en cuyo interior se coloca un flotador. El
Comentario [up6]: Este proceso puede desaparecer en el caso de algunos sistemas de desengrasado que llevan una zona de aireación en la que se inyecta aire por la zona inferior y una zona de calma destinada a la acumulación de las grasas en la superficie
agua está el tiempo suficiente para permitir que las partículas no flotadas por las microburbujas lleguen a sedimentar.
- Procesos complementarios de mejora: Floculación y coagulación: consistentes en la formación de coloides (agregados de partículas más pequeñas), que pueden entonces separarse por procesos de sedimentación. Neutralización: La neutralización se hace en tres situaciones diferentes: Antes del vertido a un medio receptor. Antes del vertido de aguas residuales industriales al alcantarillado municipal, pues es más sencilla la neutralización de pequeños volúmenes de aguas industriales que de los grandes volúmenes de aguas mixtas. Antes del tratamiento biológico, en estos tratamientos el ph del sistema debe mantenerse entre los valores 6,5 y 8,5 para asegurar la actividad biológica óptima. El tratamiento de neutralización con cal es el más empleado, por ser el más económico. También se utilizan sosa, caliza, carbonato sódico –para neutralizar aguas ácidas-, ácido sulfúrico clorhídrico –para aguas básicas).
Tratamiento Secundario. El tratamiento primario elimina aproximadamente el 35% de la DBO, el 60% de los sólidos en suspensión (en el que se incluye el 20% del nitrógeno total y el 10% del fósforo total), pero ninguno de los sólidos disueltos. Obviamente, el tratamiento primario debe completarse con métodos adicionales. Estos métodos adicionales se basan en procesos biológicos. La contaminación del agua constituye el sustrato o alimentos de dichos organismos que mantendremos controlados en un cierto lugar al que denominaremos reactor biológico. En dicho reactor se deben mantener las condiciones ambientales para permitir un desarrollo óptimo. Como consecuencia del consumo de substrato y de los nutrientes la biomasa del reactor aumentará lo cual puede exigir la extracción del crecimiento de biomasa. La contaminación del agua, sustrato y/o nutrientes, quedará eliminada debido a su utilización por la biocenosis, la cual generará productos como son anhídrido carbónico (CO2) en ambiente aerobio, (CO2 y metano en ambiente anaerobio, nitrógeno y sulfhídrico en ambiente anóxico).
Comentario [up7]: La diferencia está en que la anaerobiosis supone la inexistencia de oxígeno como tal disuelto, pero si existe oxígeno en forma de moléculas de las que estas bacterias lo pueden tomar, en forma de nitrato. Las que viven en anoxia son las reductoras de azufre, que convierten sulfatos en sulfhídrico, que si es peligroso y desagradable al olfato,. Hay una diferencia muy clara a la hora de hablar de anaerobiosis y anoxia, que es potencial redox. El potencial redox en los procesos anarobios es bajo, alrededor de 0 mV, mientras que en los procesos anóxicos el potencial es mucho más bajo, por debajo de -150mV si no recuerdo mal. En los procesos anóxicos no se usa el oxígeno en ninguna forma, sea disuelto o en forma de molécula. Para ser más exactos hay que decir que el aceptor final de los electrones en la cadena respiratoria celular no es el oxígeno, sino otro átomo, en el caso de las bacterias sulfato reductoras, el azufre y para eso se necesita un ambiente mucho más reductor (menos oxidante) que para la desnitrificación
TIPOS DE PROCESOS BIOLÓGICOS
Los sistemas de tratamiento secundario pueden clasificarse también en Convencionales y No Convencionales. Los procesos Convencionales abarcan aquellos que involucran mecanización de los sistemas, en tanto que los No Convencionales no involucran mecanización pero requieren grandes áreas de terreno y están enfocados mayormente al tratamiento de aguas residuales a pequeña escala. Los sistemas Convencionales se dividen a su vez, según el tipo de cultivo que se trate, en: Cultivo Fijo o filtros percoladores (biomasa adherida en forma de película a un medio de soporte) o Cultivo Suspendido o fangos activos (biomasa llamada licor mezcla en suspensión).
Comentario [up8]: Con frecuencia a los sistemas de depuración con tecnología se les da el nombre de convencionales o tradicionales, por ser de aplicación frecuente para las grandes poblaciones.
Tanque Inhoff. El tanque Inhoff consta de un depósito en el que se separa la zona de decantación, que se ubica en la parte superior, de la de digestión, situada en la inferior. Los sólidos que sedimentan atraviesan unas ranuras existentes en el fondo del compartimento superior, pasando al inferior para su digestión a temperatura ambiente. Filtro verde. Es un sistema de depuración del agua residual a través del terreno, con posibilidad de aprovechamiento agrícola o forestal del mismo. Lecho de turba. El sistema se basa en la filtración del agua residual a través de una capa de turba de determinadas características, que está asentada sobre un sistema drenante de arena u grava. El agua residual, que ocupa un espesor de unos 20 cm sobre la turba, se filtra a través de dicha capa, siendo necesario a continuación la retirada de la materia en suspensión que ha quedado retenida en la superficie de la turba. Lagunaje (Lagunas de estabilización). El tratamiento por lagunaje de las aguas residuales consiste en el almacenamiento de éstas durante un tiempo variable, en función de la carga aplicada y de las condiciones climáticas, de forma que la materia orgánica resulte degradada mediante la actividad de bacterias heterótrofas presentes en el medio.
Lagunas Facultativas. Se utilizan para tratamiento de aguas residuales urbanas puras con una carga orgánica no muy elevada del orden de 100 a 300 mg/l DBO.y normalmente no se utilizan para el caso de residuos industriales líquidos (poseen generalmente alta carga) ya que exigen grandes requerimientos de terreno.
Lagunas Anaeróbicas. Este proceso consta de dos etapas, la primera es una fermentación (generada por bacterias del tipo facultativo), y la segunda una metanogénesis, generada por bacterias estrictamente anaeróbicas. Permiten en general profundidades mayores que las facultativas, con un menor requerimiento de terreno, y son sensibles a cambios de pH y temperatura. Pueden existir lagunajes sencillos con un solo tipo de lagunas anaerobias, facultativas o aerobias, pero en otras depuradoras hay varios tipos de lagunas colocadas en serie y en paralelo. El lagunaje múltiple es más eficaz que cualquier otro y por ello en adelante vamos a centrarnos en este tipo.
Comentario [up9]: Este sistema puede garantizar la depuración del agua residual generada por las pequeñas poblaciones Comentario [up10]: Se propone como más viable para las pequeñas poblaciones (con menos de 5.000 H.E.) la depuración natural de bajo coste porque en la depuración tecnológica se necesitaría invertir entre 0,21 euros/m3 (35 Ptas./m3) y más de 0,3 euros/m3 (50 Ptas./m3), según fuera el rendimiento y el tamaño de la planta. Se estima que una población de 5.000 H.E. podría tener un gasto para el mantenimiento de la depuradora próximo a 120.202 euros (20 millones de pesetas) al año, gasto que muchos municipios no pueden asumir. Una de las opciones más interesante es el lagunaje múltiple, siempre que se disponga de terrenos adecuados. No es un sistema depurativo que transforme el agua con rapidez, por ello se confunde en ocasiones la lentitud con baja eficacia depurativa. Las aguas a regenerar deben permanecer en la depuradora de lagunaje múltiple unos cuatro meses por término medio, frente a menos de un día que permanecen en las plantas tecnológicas.
Pretratamiento: se
eliminan las partículas sólidas de gran tamaño o de materias sólidas flotantes, mediante rejas de desbaste y se separan las arenas y las grasas, como actuaciones previas al tratamiento biológico. fase anaerobia: se
realiza en lagunas de más de tres metros de profundidad, para conseguir un tiempo de residencia que no supere los 4 ó 5 días y proporcionar un flujo continuo a la fase siguiente. En estas lagunas, se produce decantación e importantes procesos biológicos anaerobios, tanto en las aguas como en los lodos decantados. Debido a la existencia de procesos anaerobios, se aconseja disminuir al máximo el contacto del agua con el aire, reducir la superficie de las lagunas y aumentar la profundidad. La transformación de la materia orgánica en condiciones anaerobias es muy rápida, pero los productos resultantes son todavía altamente tóxicos. El agua y los lodos durante el tiempo que permanecen en las lagunas anaerobias pasan por una fase hidrolítica, que rompe las grandes moléculas en otras más pequeñas y generalmente solubles. Posteriormente una fase acidógena transforma las moléculas resultantes de la fase anterior en ácidos, aldehídos, alcoholes o cetonas. Por último, la fase metanógena transforma los productos anteriores en metano, anhídrido carbónico y agua. Las bacterias anaerobias que trabajan durante las fases hidrolíticas y acidógenas lo hacen a pH entre 5,8 y 7,5. El intervalo de temperaturas debe estar comprendido entre 10º C. y 60º C. Por el contrario, las bacterias que actúan durante la fase metanogénica lo hacen a pH entre 6,8 y 7,5, temperaturas comprendidas entre 30º C y 35º C. y con carencia absoluta de oxígeno. Estas condiciones, principalmente las temperaturas, se mantienen cuando las lagunas son profundas. (Ojo temperatura en Galicia).
Fase facultativa: es
muy importante en el proceso depurativo porque aumenta la calidad del agua que sale de la fase anterior y la clarifica, Las lagunas de esta fase tienen una profundidad aproximada de 1,5 m., generalmente se construyen en número par, con la extensión superficial adecuada para que el tiempo de residencia hidráulica esté próximo a los 30 días. El agua residual se transforma intensamente mediante acciones anaerobias en el fondo y acciones aerobias en la superficie de las lagunas. Son importantes en las lagunas facultativas las reacciones de óxido-reducción y las de nitrificacióndesnitrificación. Las acciones biológicas que dan lugar a estas transformaciones son:
Comentario [up11]: Los problemas más frecuentes que en ellas se detectan son desprendimiento de malos olores, aparición de algas flotando en la superficie y existencia de macrofitas en los taludes. Debido a que la transformación no es completa y se desprenden productos intermedios de Sulfuro de Hidrógeno, ácidos orgánicos, mercaptanos, Escatol, etc
fotosíntesis de las algas y el metabolismo heterótrofo, muy intenso, de las bacterias. Algas y bacterias se encuentran en simbiosis.
Fase de Maduración: el agua aumenta la calidad química y bioquímica, mediante la actuación de seres aerobios que forman complejas redes tróficas y consiguen la eliminación casi completa de nutrientes, de patógenos y la clarificación del agua.
Sus superficies se calculan teniendo en cuenta que la profundidad de la columna de agua es aproximadamente de 0,6 m. y que el tiempo de residencia hidráulica debe estar en torno a 8 días. PROBLEMAS QUE PRESENTA LA DEPURACIÓN POR LAGUNAJE MÚLTIPLE
— Ocupan extensos terrenos. — Transforman el agua lentamente. — Pueden producir infiltraciones de aguas poco depuradas. — Salinizan el agua. — Arrojan al medio receptor fitoplactón. — Dejan en el agua elevada tasa de nutrientes. — Dan malos olores. — Hacen proliferar los mosquitos. Sistemas Wetland. Es un sistema que presenta una alta tasa de eliminación de todo tipo de parámetros, incluyendo metales tóxicos y pesados, y bacteriológicos, dando como resultado un efluente que cumple con la normativa más estricta, no obstante se recomienda adoptarlo sólo como un tratamiento complementario. Consta en primer lugar de una sedimentación primaria entrando luego el agua a tratar en una laguna de poca profundidad (1 metro) con 50 -60 cm de grava con determinados tipos de plantas (como la Totora y el Bulrush), que eliminan los contaminantes. A continuación, pasan por un sector de la misma profundidad pero sin grava, en el que se encuentran los Jacintos Acuáticos, que son plantas del tipo flotante, y cuya función consiste en pulir la calidad del efluente.
Comentario [up12]: Debido a la evaporación sobre todo en verano.
Comentario [up13]: Scirpus
californicus = TOTORA
CONVENCIONALES. Typa latifolia
Procesos de cultivo fijo: En estos procesos la biomasa microbiana se fija a un soporte sólido para el tratamiento. Los soportes pueden encontrase en posición fija entre sí como ocurre en los lechos fijos o discos biológicos, en otros casos las partículas de soporte no se encuentran en posición fija, como ocurre en lechos fluidizados. El aporte de oxigeno suele producirse en la distribución de líquido o por movimiento del sistema.
Lechos bacterianos: Se trata de un proceso en el cual la biomasa bacteriana forma una biopelícula sobre un medio soporte fijo. El agua residual y el aire circulan libremente a través de los huecos que existen entre el material soporte. Los organismos presentes en la biopelícula oxidan la materia orgánica que toman del agua residual, valiéndose del aire que circula a su través. o Lechos aireados sumergidos: Los filtros o lechos sumergidos pueden definirse como un sistema de tratamiento en el que el agua residual se depura mediante el contacto con la biopelícula que crece sobre la superficie de sólidos, medios de contacto, medio filtrante, medio empacado, etc., sumergidos en el agua residual. Este proceso necesita una aireación forzada. Si no se realiza recirculación alguna, el agua residual entrará en contacto con la biopelícula solamente una vez. Sin embargo, si se persigue un alto rendimiento del proceso la recirculación es necesaria. En procesos aerobios especialmente, es necesario pasar repetidamente el agua aireada a lo largo de la superficie de biopelícula para aportar oxígeno. o Biodiscos o discos biológicos: El proceso consiste en una serie de discos que giran entorno a un eje horizontal, situados dentro de un recipiente lleno de agua residual. Los discos giran lentamente para permitir el crecimiento de la biomasa sobre su superficie, manteniendo un 40% de su superficie sumergida. Cuando la superficie se encuentra en contacto con el aire, la biomasa adherida al mismo toma el oxígeno necesario para que durante el periodo de inmersión se produzca la degradación de la materia orgánica presente en el agua residual.
Lecho bacteriano. (Filtros percoladores).
Fangos activados: El proceso de fangos activados de las estaciones depuradoras de aguas residuales consiste fundamentalmente en provocar el desarrollo de un cultivo disperso en forma de flóculos (lodos activados), de poblaciones microbianas mixtas, en un depósito agitado y aireado (depósito de aireación) y alimentado con el agua que ha de depurarse. Después de un tiempo de contacto suficiente, debe separarse el agua de los lodos, proceso que generalmente se efectúa mediante una sedimentación en un clarificador o decantador secundario, recirculando parte de los lodos retenidos al depósito de aireación, con objeto de mantener en el mismo una concentración suficiente de bacterias depuradoras y purgando el excedente para llevarlo a tratamiento de lodo.
Los dos objetivos principales de todo sistema de depuración de lodos activados son:
La oxidación de la materia orgánica biodegradable en el tanque de aireación (formándose nueva masa celular).
La floculación o separación de la biomasa del efluente tratado. Una vez oxidada la materia orgánica, que se consigue con un tipo suficiente, el licor mixto pasa al clarificador en el que separa en su parte superior el agua depurada, quedando en el fondo los lodos floculados, una parte de los cuales serán recirculados. Este proceso es muy importante en el tratamiento biológico mediante el procedimiento de lodos activados.
En el interior del tanque de aireación se establecen las condiciones adecuadas para favorecer la vida y proliferación de los microorganismos (bacterias y protozoos fundamentalmente), responsables del proceso de biodegradación de la materia orgánica. Es imprescindible para el buen rendimiento del proceso que en el tanque de aireación se den los procesos de: agitación cuyo objetivo es el de evitar la posible sedimentación y fomentar la homogenización de los flóculos bacterianos y el agua residual (licor mixto); y el de aireación, ya sea mediante oxígeno del aire, gas enriquecido en oxígeno u oxigeno puro, disolviendo este gas en el licor mixto, con el fin de hacer frente a las necesidades de las bacterias depuradoras aerobias. Este proceso biológico requiere de una cantidad determinada de materia orgánica, ya que cantidades excesivas de estos compuestos orgánicos, metales pesados y/o sales pueden inhibirlo o destruirlo; y cantidades reducidas de nutrientes pueden no ser suficientes para mantener el proceso.
Principios básicos de funcionamiento: La concentración de biomasa suele oscilar entre 2000 – 5000 mg/l. de los
cuales alrededor de los ¾ son volátiles. Para aguas urbanas se suele eliminar alrededor del 90 – 95% de DBO con tiempos aproximados de 5 – 8 horas.
Parámetros característicos del proceso: Existe una serie de magnitudes importantes en el funcionamiento del sistema de fangos activados entre las que cabe mencionar:
Edad del lodo o edad celular: Es el tiempo medio que un microorganismo pasa en el reactor antes de ser extraído por la purga. Carga másica: Es la relación de kg. De DBO5 o DQO introducidos por día en una balsa de activación, a kg de fangos contenidos en dicha balsa o reactor biológico
Cm
kg de DBO5 día kg de fango
Este parámetro representa la relación existente entre la cantidad de alimento y el contenido de microorganismos.
La carga másica, da lugar a una primera clasificación de los procesos de fangos activados.
de alta carga másica: CM > 0,4 de media carga másica: 0,15 > CM < 0,4 de baja carga másica: 0,07 > CM < 0,15 de carga másica muy baja o aireación prolongada: CM <0,07
La adopción de una u otra carga másica, viene en función del rendimiento que se desee obtener en el proceso. Necesidades de recirculación: La finalidad de la recirculación de fangos es mantener una concentración suficiente de fangos activados en la cuba de aireación, de forma que pueda obtenerse el grado de tratamiento deseado. Capacidad de aireación: La concentración de oxigeno es un parámetro muy importante en la operación de la planta. La aireación suele hacerse con aireadores mecánicos o con difusores de aire calculándose en función de la DBO que se va a degradar y por tanto el oxígeno que debemos transferir. El oxígeno difunde muy bien a bacterias, pero al encontrarse éstas
en flóculos debe difundir desde el exterior y tener una concentración mucho más elevada. Se considera un valor adecuado los 2 mg/l.
Variantes del proceso de fangos activados Flujo pistón: Consta de un depósito rectangular de aireación, seguido de un clarificador. El agua residual y el fango recirculado entran en la cuba por un extremo y son aireados por un periodo de unas 6 horas. En este periodo se produce la adsorción, floculación y oxidación de la materia orgánica. Se utiliza para aguas domésticas no muy concentradas. El proceso es susceptible a cargas de choque. Al someter a la población microbiana a un periodo de gran concentración de nutrientes se ven favorecidas las bacterias formadoras del flóculo frente a las bacterias filamentosas.
Mezcla completa: En este proceso el contenido total del proceso se mezcla completa y uniformemente. El agua residual influente y los fangos recirculados, se introducen en diversos puntos del tanque de aireación a lo largo de la balsa. La carga orgánica en la cuba de aireación y la demanda de oxigeno son uniformes de uno a otro extremo de aquella. El proceso es utilizado en aplicaciones generales, siendo resistente frente a cargas de choque.
Alimentación escalonada: Introduce el agua residual en distintos puntos de la cuba de aireación, para conseguir que la carga másica sea igual en toda la cuba, disminuyendo con ello la demanda punta de oxígeno. La introducción del agua residual en muchos puntos consigue, que el fango activado, tenga mayores propiedades de adsorción, de modo que las materias orgánicas solubles son eliminadas en un periodo más corto y son posibles cargas volúmicas superiores, en la cuba de aireación. Este proceso se utiliza en aplicaciones generales, en un amplio campo de tipos de aguas residuales.
Aireación graduada: Este proceso tiende a equilibrar el aporte de oxigeno con las demandas, variando él numero de difusores en el espacio. Estos son más numerosos a la entrada, disminuyendo según se acerca el final del reactor. Este proceso igual que el flujo pistón se ve afectado por puntas y materiales tóxicos. Aireación alta carga: Es un proceso similar al de los filtros percoladores de alta carga. En este proceso se combinan altas concentraciones de biomasa en el reactor con elevadas cargas volumétricas. Esta combinación permite altas relaciones alimento – microorganismos, con bajos tiempos de retención. El efluente producido es de peor calidad. Aireación extendida: Este proceso requiere cargas másicas muy bajas y tiempos de aireación muy altos. Suele aplicarse a pequeñas plantas de tratamiento. El proceso es flexible ante las variaciones de carga. Prescinden de la decantación primaria, generan lodos altamente mineralizados que pueden utilizarse como acondicionadores de suelos. Canales de oxidación: La oxidación biológica tiene lugar en un canal circular cerrado, provistos de aireadores superficiales horizontales (rotores) que provocan la aireación y circulación de los fangos. Pueden trabajar a media o baja carga. Tras un tratamiento preliminar, se encuentra la cámara de premezclado, donde las aguas residuales se mezclan con los lodos de recirculación que provienen del decantador secundario, y de allí pasan al tanque de aireación donde ocurre la degradación biológica por la población bacteriana. El efluente se envía al decantador secundario, de donde sale el agua clarificada que se envía a un sistema de desinfección bacteriológica. Entre las variantes en que se puede presentar este sistema de oxidación biológica tenemos: Carrousel: El sistema carrousel es un tipo de canal de oxidación que surgió ante la necesidad de lograr suficiente turbulencia para mantener en suspensión los sólidos en canales profundos, a la vez que se mantiene una alta tasa de transferencia de oxigeno. En este sistema el tanque de aireación tiene configuración de canal, y en principio empleaba uno o más aireadores de eje vertical, cada uno colocado en un extremo de un canal alineado con una pared de división central, pero últimamente también se están diseñando los canales con aireación por medio de difusores de burbuja fina.
Sistema Orbal Consiste esencialmente en una serie de canales ovales concéntricos, normalmente tres, que están interconectados de tal forma que el licor a tratar fluye de
uno al siguiente, generalmente en sentido hacia dentro. Los puntos de peso se sitúan de tal forma que la entrada al canal está justo aguas abajo de la salida del mismo. El sistema está formado por tres canales concéntricos, trabajando en serie, y se mantienen concentraciones de oxigeno disuelto diferentes en cada uno de ellos (0 – 1 – 2 ppm de oxígeno disuelto en los canales 1º, 2º y 3º respectivamente). El sistema, es idóneo para el proceso de nitrificación-desnitrificación, utilizando el primer canal para combinar zonas aerobias y anóxicas y lograr la mayor parte de la nitrificación y la desnitrificación. El licor mixto se recircula desde el canal final al primer canal, permite conseguir muy buenos rendimientos (85-95%) de eliminación de la materia carbonada y nitrogenada, adaptándose, asimismo, bien a variaciones importantes de carga y caudal.
Procesos de bioadsorción : Se basan en el aprovechamiento de las propiedades de absorción del fango activado, realizando el tratamiento en dos etapas. Los dos sistemas mas importantes son el proceso de contacto-estabilización y el de doble etapa.
contacto-estabilización: La eliminación de la DBO5 tiene lugar en dos etapas. La primera es la fase de absorción que requiere de 20-60 minutos, y durante la misma se absorben en el fango la mayor parte de las materias orgánicas coloidales, en disolución y en suspensión. La segunda fase, de oxidación, tiene lugar seguidamente y en ella las materias orgánicas absorbidas son metabolizadas por los microorganismos. En los procesos de fangos activados hasta ahora mencionados, las dos fases tienen lugar en un solo tanque, pero en el de contacto-estabilización se desarrollan en tanques separados.
Comentario [up14]: En los procesos de oxidación biológica se dan dos tipos de reacciones fundamentales: de síntesis y de oxidación. Reacciones de síntesis: Las reacciones de síntesis o de asimilación, consisten en la incorporación de elementos nutritivos (materia orgánica), al protoplasma de los microorganismos, produciéndose nuevas moléculas organizadas. Reacciones de oxidación: Las reacciones de oxidación, también denominada respiración endógena, consisten en la autooxidación de protoplasma celular y aparecen cuando comienza a faltar la materia orgánica usada como alimentos.
Doble etapa: Este proceso consiste en realizar la depuración biológica en dos fases separadas, cada una de las cuales incluye una cuba de aireación y un clarificador. En la primera etapa Se establece cargas másicas muy altas, cargas volumétricas altas con una edad de fango muy baja y un bajo contenido de oxígeno. En la segunda etapa Se establece una carga media o baja en función de que se quiera o no desnitrificar, con alto contenido de oxígeno.
Este sistema es muy interesante para aguas residuales con fuertes variaciones de carga orgánica, pH, componentes tóxicos, etc. y en general cuando la relación DQO/DBO es elevada, es decir en aguas residuales con fuerte componente industrial.
Comentario [up15]: Significa mucha cantidad de DBo para que el numerador sea más grande con respecto al fango existente Comentario [up16]: Lodos con poco tiempo den el reactor
Sistemas de oxigeno puro: Se trata de procesos en los que se introduce bien oxígeno puro o bien mezclas enriquecidas. La utilización del oxigeno puro en los fangos activados hacen posible la reducción de las dimensiones de los reactores biológicos. Puede tratarse de sistemas abiertos o bien sistemas cerrados (donde ante la posibilidad de acidificación del agua se plantea como necesaria la eliminación del CO2 formado. La cantidad de fangos en exceso producidos, es menor que en los procesos tradicionales. Las ventajas esenciales del sistema son la posibilidad de trabajar con altas concentraciones de microorganismos (hasta los 10.000ppm), lo que da lugar a menores volúmenes requeridos y a tiempos de retención mínimos; mejora la floculación y la decantación de los fangos. Este proceso además posee una ventaja potencial en los casos en que deba tratar bien inesperadas cargas orgánicas o ciertos efluentes industriales, si bien un sistema de fangos activos mediante aire, bien diseñado y operado produce un efluente de comparable a menor precio cuando trata un agua residual urbana.
Lagunas Aireadas Contemplan componentes unitarias del tipo No Convencional (Lagunas de Estabilización), incorporando elementos mecanizados para la transferencia de oxígeno. Las lagunas aireadas, surgieron como respuesta a la incapacidad de las lagunas facultativas de absorber la carga orgánica afluente en los meses más fríos del año.
Básicamente, las lagunas aireadas, se dividen en dos tipos: laguna aireada a mezcla completa y laguna aireada facultativa.
Laguna Aireada a Mezcla Completa: Lagunas Aireadas Facultativas:
4. TRATAMIENTO TERCIARIO DE LAS AGUAS RESIDUALES.
El tratamiento terciario proporciona una etapa final para aumentar la calidad del efluente al estándar requerido antes de que este sea descargado al ambiente receptor (mar, río, lago…). Con estos procedimientos se mejoran las características de un agua residual después de un tratamiento biológico o un tratamiento equivalente. En orden creciente de calidad, pueden distinguirse las siguientes grandes categorías de aplicación: Necesidades agrícolas – Riegos. Refrigeración industrial. Preservación del equilibrio biótico en el medio receptor. Recirculación en la industria. Recarga de capas acuíferas. Piscicultura. Uso domestico. Según el tipo de utilización será más o menos extensa la gama de tratamientos que se apliquen. Pueden definirse así: EL AFINO, que tiende a reducir aún más el contenido de materias en suspensión así como el de la DBO5. Estas técnicas son biológicas o físicas. Una técnica biológica muy difundida es la de la laguna de afino, El efluente del clarificador atraviesa entonces un depósito de poca profundidad, en el que la aportación de oxigeno es natural (acción fotosintética de las algas) o artificial. Como los contenidos de materias en suspensión y de DBO5 son pequeños, los depósitos que se forman son limitados y las limpiezas poco frecuentes. Una permanencia de 48 h en una laguna , a 15 grados, hace que el contenido en DBO5 del agua se reduzca de 40 a 20 mg/l. En las lagunas naturales, el desarrollo de algas asegura una reducción notable, pero variable según las temporadas de los contenidos de nitrógeno y de fosforo. Pero aún no se ha resuelto la forma de eliminar las algas presentes en el agua evacuada. La filtración terciaria, es un procedimiento esencialmente físico, se trata de la filtración directa a través de arena, se consigue eliminar del 60 al 80 % de las materias en suspensión y del 30 al 40% de la contaminación orgánica carbonada. o Eliminación de fosfatos. La eliminación de fosfatos presenta gran interés, cuando el vertido se efectúa a un lago o a un cauce de agua muy lento La eliminación de fosfatos, en estaciones de depuración biológica tradicionales, es incompleta. Además, la acción bacteriana favorece la transformación de los polifosfatos en ortofosfatos directamente asimilables. Por ello, la composición de un agua residual bruta es tal que dos tercios del fósforo total corresponde a polifosfatos y un tercio a ortofosfatos. En el agua depurada biológicamente se invierte la proporción.
La principal fuente de los polifosfatos está constituida por las lejías modernas; por lo tanto la cantidad de fosfatos en los vertidos tiende a aumentar con el consumo de detergentes.
o
Se suelen utilizar dos técnicas para la eliminación: precipitación simultánea, por introducción de una sal de hierro o de aluminio en los fangos activados. Precipitación separada, que constituye una tercera etapa de depuración, con floculación y decantación o flotación. En esta opción se consigue además una mejora de la calidad del agua depurada, por que se actúa sobre las materias en suspensión y sobre su correspondiente DBO5. Eliminación de Nitrógeno. La nitrificación es el proceso bacteriano en el cual el nitrógeno orgánico y amoniacal, se oxida, transformándose en nitrito y posteriormente en nitrato. Nitrificación: NH3NO -2 NO -3 Estas reacciones tienen lugar por medio de bacterias autótrofas muy especializadas. La oxidación de amoniaco a nitritos, tiene lugar gracias a la acción de bacterias nitrosomas y la oxidación de nitritos a nitratos mediante bacterias nitrobacter. La desnitrificación consiste en la reducción de los nitratos y nitritos a nitrógeno libre, por medio de bacterias heterótrofas que pueden utilizar el oxigeno de nitratos, para las reacciones de síntesis y oxidación biológica. Los procesos de desnitrificación se producen en ausencia de oxigeno y cuando el periodo de oxidación es lo suficientemente prolongado. Para que se den estos procesos se necesitan: Una fuente de carbono orgánica suficiente. Ph entre 7 y 8 Ausencia de oxigeno Tiempo de retención suficiente. Existen dos procedimientos: Procedimientos en los que se utiliza la respiración endógena de los fangos activados: Los fangos activados puestos en situación de subalimentación pasan a la fase de respiración endógena. Se disgregan en un cierto número de células y los nutrientes así solubilizados se utilizan como alimentos. Procedimientos en los que se utiliza el carbono del agua bruta. Se elimina el nitrógeno por nitrificación desnitrificación, con un rendimiento del 70%, gracias a la aportación de agua bruta, una rápida desnitrificación que permite además,
recuperar el 50-60% del oxigeno necesario para la nitrificación.
o
o
Eliminación del fosforo. Se realiza una acumulación en el fango biológico y la eliminación a través de la purga de exceso de fango biológico. Es imprescindible la existencia de una zona anaerobia. Existen diversos procesos en los cuales se elimina fósforo y habitualmente están combinados con sistema de eliminación de nitrógeno. Proceso UCT Proceso Johannesburgo. Dephanox.
Eliminación de la contaminación no biodegradable. Para fijar las moléculas disueltas no biodegradables , puede utilizarse la adsorción a través de carbón activo: El tratamiento influye esencialmente sobre los detergentes y sobre cierto número de moléculas orgánicas responsables de la coloración de diversos vertidos industriales. La regeneración del carbón activo se realiza, generalmente, por vía térmica o química. o Desinfección: Después del tratamiento biológico, e incluso de un tratamiento terciario, puede ser necesario todavía desinfectar las aguas residuales antes de su vertido. Este es el coso de ciertas aguas sospechosas de contener microbios patógenos en grandes cantidades, como los vertidos de hospitales, sanatorios… También es recomendable cuando se requiere el agua para riego mediante dispositivos que podrían producir aerosoles. La desinfección solo tiene sentido cuando previamente e ha realizado una buena depuración y clarificación del agua. Se suele utilizar cloro como agente desinfectante, el efecto desinfectante del cloro es tanto más eficaz cuanto mejor es la calidad de la depuración. La presencia de NH4reduce el efecto bactericida del cloro por producción de cloraminas.
Comentario [up17]: PAO organismos acumuladores de fosforo
Para evitar la formación de compuestos organoclorados que puedan ser tóxicos para la flora y la fauna del medio receptor, se ha ensayado la utilización de bromo o de rayos ultravioleta, pero la economía y la eficacia de estos procesos está todavía por demostrar. El ozono , es al mismo tiempo un agente desinfectante activo, especialmente frente a los virus y un oxidante de la materia orgánica. FILTRACIÓN La filtración es un procedimiento en el que se utiliza el paso de una mezcla sólido-líquido a través de un medio poroso (filtro) que retiene los sólidos y deja pasar los líquidos (filtrado). Si las materias en suspensión que deben separarse tienen una dimensión superior a la de los poros, quedarán retenidas en la superficie del filtro (superficial o en torta). En caso contrario, las materias quedarán retenidas en el interior de la masa porosa y la filtración se denominará en (profundidad). Según las características de las partículas que se deben retener y del material filtrante utilizado, pueden intervenir uno o varios de los tres mecanismos principales siguientes: depósito, fijación y desprendimiento.
1. Mecanismos de depósito: son esencialmente de dos tipos: a. Tamizado mecánico: Se trata de la retención de las partículas más gruesas que el hueco de malla del filtro o el hueco de los elementos ya depositados b. Depósito sobre material filtrante: La partícula en suspensión sigue en el líquido una línea de corriente; su talla comparada con los poros podría permitirle atravesar el material filtrante, sin embargo a causa de diversos fenómenos, se produce un cambio de trayectoria y su contacto con el material. 2. Mecanismos de Fijación: Si la velocidad del flujo es pequeña se favorecen la fijación de las partículas sobre la superficie del material filtrante 3. Mecanismos de desprendimiento: Bajo la acción de los mecanismos anteriores se produce una disminución del espacio entre las paredes del material recubiertas de partículas ya depositadas. Hay un aumento de la velocidad y el flujo puede pasar de laminar a turbulento. Los depósitos retenidos pueden desprenderse parcialmente y ser arrastrados dentro del material filtrante o incluso con el filtrado.
En la filtración terciaria de aguas residuales, se distinguen dos tipos de filtraciones: Filtración Clásica: en la que la eliminación de la contaminación solo se pretende por vía físico-química. Mediante este tipo de tratamiento, que garantiza la mejora limitada de un efluente de una depuración biológica, pueden cumplirse, como mínimo normas de vertido de 20 mg/l de DBO5 y 20 mg/l de MSS. Igualmente se emplea la filtración
Comentario [up18]: Atracción por fuerzas de van der waals, inercia de la partícula, sedimentación…
Comentario [up19]: En la elección de un filtro es tan importante la posibilidad de lavado fácil, eficaz y económico, como la obtención de la mejor calidad de agua filtrada, ya que esta última solo se obtendrá de forma constante si el lavado mantiene siempre intacto el material filtrante.
clásica para la reutilización de efluentes depurados en ciertos circuitos de refrigeración. La filtración biológica, en la que se superpone a la eliminación por vía físico-química una eliminación por vía biológica para conseguir una reducción complementaria de la DBO soluble. Se utiliza un material de relleno del tipo Biolite, que presenta una porosidad abierta que representa una porosidad abierta que favorece la adherencia y el desarrollo de una película bacteriana. Para favorecer la actividad bacteriana se procede a una aireación antes de la filtración. En el caso del lecho de arena, las velocidades utilizadas son de 8 a 12 m/h para porcentajes de eliminación de MSS del 80 % y de DBO superiores al 60%. Tecnologías de Membrana
Las diferentes técnicas de membranas, utilizadas con líquidos son la microfiltración (MF), la ultrafiltración (UF), la ósmosis inversa, la diálisis y la electrodiálisis. Estas técnicas de separación son clasificadas, generalmente, en función de la fuerza impulsora responsable del proceso y del tamaño de las especies retenidas por el filtro.
La microfiltración y la ultrafiltración son procesos muy similares en sus principios, y solo se diferencian por el tamaño de poro y por el tipo de compuestos que son capaces de separar. A título orientativo, cabe decir que las membranas empleadas en ultrafiltración pueden tener poros en el rango de 1 a 500 nm mientras en el caso de la microfiltración el intervalo está situado entre 0,05 y 10 mm. La microfiltración:_ La microfiltración (MF) es una técnica de filtración por membrana que permite retener partículas en el rango de 0,02-10 m (Bailey et al.)(1994). El
proceso puede ser llevado a cabo al igual que la ultrafiltración. Las presiones suelen ser alrededor de 0,5 bar. La MF separa esencialmente partículas en suspensión que forman una torta sobre la pared de la membrana. Es necesario destacar que el rango de tamaño de partículas afectado en un proceso de microfiltración tangencial (0,02-10 m) no puede ser considerado estrictamente. Por un lado, por la distribución de tamaño de poros que presentan las membranas y por otro, porque la propia torta que se pueda formar presenta una estructura porosa que se suma a la propia membrana, con lo cual una membrana de microfiltración tangencial puede actuar en el rango propio de la ultrafiltración. La ultrafiltración: es un proceso de separación por membrana que emplea como fuerza impulsora la presión. Esta técnica de separación permite purificar o concentrar las suspensiones o las soluciones macromoleculares. Las membranas de UF (ultrafiltración) presentan tamaños de poros en el rango de 10 a 1.000 Å. Esta técnica opera con presiones transmembranarias no superiores a 10 bares. La principal limitación reside en los problemas de colmatación difícilmente reversibles que dependen a la vez del tipo de membrana utilizada y de la naturaleza de las aguas a tratar. Por lo general, los procesos de UF son empleados en las industrias alimentarias, para el tratamiento de efluentes y para aplicaciones biotecnológicas y médicas.
Comentario [up20]: El ångström (Å) es una unidad de longitud empleada principalmente para expresar longitudes de onda, distancias moleculares y atómicas, etc. Se representa por la letra sueca Å. Su nombre proviene del nombre del físico sueco Anders Jonas Ångström. 1 Å= 1m x 10-10 = 0,1 nm
El problema más importante en la aplicación de la microfiltración y la ultrafiltración es el control del ensuciamiento de la membrana especialmente por partículas biológicas. La nanofiltración: es una técnica al igual que las anteriores basada en tecnologías de filtración por membrana, es un proceso relacionado con la presión durante el cual ocurre una separación basada en el tamaño molecular, las membranas producen la separación. La técnica es principalmente utilizada para la eliminación de sustancias orgánicas, tales como microcintaminantes e iones multivalentes. Otras aplicaciones son: Eliminación de pesticidas de las aguas subterráneas La eliminación de metales pesados de las aguas residuales. Ablandamiento del agua. Eliminación de nitratos. La osmosis inversa: La Osmosis Inversa es el proceso que separa el agua de otras sustancias en disolución mediante filtración realizada a través de membranas semipermeables. Estas membranas tienen un comportamiento distinto frente al transporte a su través de las moléculas de agua y de los iones en disolución. Si en un recipiente separamos mediante una membrana semipermeable dos disoluciones de concentraciones distintas y sometidas ambas a la presión atmosférica, se establece un flujo a través de la membrana desde la disolución más diluida a la más concentrada, hasta que se igualen las concentraciones. Pero, si sometemos esta disolución más concentrada a una presión superior a su presión osmótica se producirá el flujo de agua desde ésta hacia la solución más diluida. La presión necesaria para el proceso depende de la presión osmótica de la disolución y ésta a su vez depende de la concentración de la misma.
Comentario [up21]: es una partícula cargada constituida por un átomo o molécula que no es eléctricamente neutra. Conceptualmente esto se puede entender como que a partir de un estado neutro se han ganado o perdido electrones, y este fenómeno se conoce como ionización. Los iones cargados negativamente, producidos por la ganancia de electrones, se conocen como aniones (que son atraídos por el ánodo) y los cargados positivamente, consecuencia de una pérdida de electrones, se conocen como cationes (los que son atraídos por el cátodo).
TRATAMIENTOS FÍSICOS-QUÍMICOS:
Precipitación química: Resulta importante en la eliminación de metales pesados, debido a su carácter tóxico y consecuencia las muy bajas concentraciones a que deben encontrarse los vertidos, por lo que es preciso utilizar como compuestos precipitantes aquellos que posean muy bajo producto de solubilidad, entre los que se encuentran los sulfuros y los hidróxidos. La solubilidad en los sulfuros es mucho menor que los hidróxidos, en cambio da lugar a malos olores y a una posterior eliminación de los iones sulfuro que puede haber en exceso. Tras la precipitación es preciso un proceso de sedimentación para eliminar los sólidos en suspensión formados y reajuste posterior del pH. Puede emplearse un polímero o filtración sobre lecho de arena para mejorar la separación del precipitado. Es aconsejable definir el destino final de los lodos formados para evitar su redisolución y contaminación del terreno. Debido a las concentraciones tan bajas que es preciso alcanzar en los vertidos y las dificultades de tratamiento en este tipo de tratamientos es totalmente imprescindible la segregación de las corrientes contaminadas con metales para su tratamiento independiente y su posterior dilución con el resto de las aguas de fabricación. La no realización de la operación de esta forma implica: mayor consumo de reactivo, neutralización mayor, equipos mayores y la cantidad global de elemento contaminante vertido al cauce será mas elevada.
El sólido obtenido de la precipitación ha de ser recuperable, como sucede en la precipitación de plomo mediante carbonato sódico para la obtención de un carbonato de plomo insoluble; una vez separado y lavado el precipitado y mediante ataque con un ácido se recupera el plomo que puede utilizarse de nuevo en el proceso de producción.
La precipitación química en el tratamiento de las aguas residuales se adicionan productos químicos con el fin de alterar el estado físico de los sólidos disueltos y en suspensión para facilitar su eliminación por sedimentación. Las aplicaciones más importantes en el tratamiento de las aguas residuales son: • Eliminación de P • Reducción de la dureza • Eliminación de metales La eliminación de fósforo vía precipitación se lleva a cabo mediante sales de calcio, hierro o aluminio.
Procesos de Oxidación – Reducción: Las reacciones de oxidación- reducción son unas reacciones muy utilizadas en los procesos químicos: las dos aplicaciones más importantes que presentan son:
1) Eliminación de cianuros por oxidación empleando un oxidante fuerte como el cloro 2) Eliminación de cromo: El cromo hexavalente, se reduce mediante sulfato ferroso o dióxido de azufre a cromo trivalente que posteriormente se precipita, adicionando cal, como hidróxido.
Intercambio Iónico. Los intercambiadores de iones son sustancias granulares insolubles, que tienen en su estructura molecular, radicales ácidos y básicos, capaces de permutar, sin modificación aparente de su aspecto físico, y sin alteración alguna o solubilización, los iones positivos y negativos, fijados previamente a estos radicales por otros del mismo signo que se encuentran en solución en el líquido puesto en contacto con ellos. Para ello se utilizan resinas Adsorción. La adsorción define la propiedad de ciertos materiales de fijar en su superficie moléculas orgánicas extraídas de la fase líquida. Como principales Adsorbentes tenemos el carbón activo,
Eliminación de nutrientes por procesos fisicoquímicos: Control de Nutrientes
Comentario [up22]: El stripping o desorción es un método de tratamiento aguas en el caso de que los compuestos a eliminar tengan tendencia de pasar a un gas. Supone por tanto el trasvase de la contaminación de un medio (agua) a otro (gas), es una instalación en la que se favorece el intercambio de compuestos entre la fase líquida y la fase gas, se logra en columnas de estripping, en las que mediante un relleno adecuado se maximiza la superficie de contacto entre liquido y gas. El agua desciende por dicho relleno mientras que el gas asciende en sentido contrario. Puede utilizarse cualquier gas aunque se suele utilizar aire o vapor. Este proceso es típico para la eliminación de amoniaco del agua.
SEPARACIÓN DE COMPUESTOS TÓXICOS Y MATERIA ORGÁNICA REFRACTARIA.
ELIMINACIÓN DE COMPUESTOS INORGÁNICOS DISUELTOS La eliminación de sustancias inorgánicas disueltas se realiza principalmente por los siguientes procesos y operaciones de eliminación: • Precipitación química • Intercambio iónico • Ultrafiltración • Osmosis inversa • Electrodiálisis
5. REUTILIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS. NORMATIVA ESPECÍFICA. DIFERENTES USOS FINALES. La reutilización de aguas residuales de origen urbano, sometidas a un tratamiento de depuración en las estaciones de depuración de aguas residuales (EDAR) y posteriormente a un tratamiento terciario, constituye un recurso hidráulico alternativo perfectamente aplicable y ensayado para el riego de superficies con requerimientos especiales, tales como terrenos agrícolas, invernaderos, campos de golf, parques y jardines, así como aplicable a otros usos (limpieza …), no directamente relacionados con el consumo humano y de especial interés para asegurar el suministro en estaciones climáticas secas, o en periodos prolongados de escasa pluviometría y particularmente en climas semiáridos. Como todo procedimiento que se intenta implantar en nuestra sociedad necesita una regulación normativa:
La Ley 11/2005, de 22 de junio, por la que se modifica la Ley 10/2001, de 5 de julio, del Plan Hidrológico Nacional, contiene una modificación del texto refundido de la Ley de Aguas, aprobado por el Real Decreto Legislativo 1/2001, de 20 de julio, en la que se ha dado nueva redacción del artículo 109.1 "el Gobierno establecerá las condiciones básicas para la reutilización de las aguas, precisando la calidad exigible a las aguas depuradas según los usos previstos. El titular de la concesión o autorización deberá sufragar los costes necesarios para adecuar la reutilización de las aguas a las exigencias de calidad vigentes en cada momento". Se mantiene, sin modificación, el apartado 2 del artículo 109, en el que se recoge la obligación de obtener concesión administrativa que quedara sustituida por una autorización cuando quien solicite el aprovechamiento de las aguas depuradas sea el titular de la autorización de vertido que dio lugar a la depuración de dichas aguas. Este profundo cambio legislativo exige establecer una regulación reglamentaria mas completa y detallada que posibilite las soluciones necesarias respecto de la reutilización.
Comentario [up23]:
RD 1620/2007, DE 7 De diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de reutilización de las aguas depurada. De este modo, se define el concepto de reutilización y se introduce la denominación de aguas regeneradas, mas acorde con las posibilidades de reutilización que la norma establece y ampliamente admitida en la doctrina técnica y jurídica. Se determinan los requisitos necesarios para llevar a cabo la actividad de utilización de aguas regeneradas, los procedimientos para obtener la concesion exigida en la ley así como disposiciones relativas a los usos admitidos y exigencias de calidad precisas en cada caso. Finalmente, debe destacarse la incorporación de dos anexos; el anexo I recoge los criterios de calidad para la utilización de las aguas regeneradas según los usos. Estos criterios tendrán la consideración de mínimos obligatorios exigibles. Por su parte el anexo II contiene el modelo normalizado de solicitud que deben presentar quienes deseen obtener la concesión o autorización de reutilización de aguas depuradas. DEFINICIONES: Reutilización de las aguas: aplicación, antes de su devolución al dominio público hidráulico y al marítimo terrestre para un nuevo uso privativo de las aguas que, habiendo sido utilizadas por quien las derivó, se han sometido al proceso o procesos de depuración establecidos en la correspondiente autorización de vertido y a los necesarios para alcanzar la calidad requerida en función de los usos a que se van a destinar. Aguas depuradas: Aguas residuales que han sido sometidas a un proceso de tratamiento que permita adecuar su calidad a la normativa de vertidos aplicable. Aguas regeneradas: Aguas residuales depuradas que, en su caso, han sido sometidas a un proceso de tratamiento adicional o complementario que permite adecuar su calidad al uso al que se destinan. En este decreto se recoge que para poder Reutilizar el agua se necesita una concesión administrativa, salvo en el caso de que la reutilización fuese solicitada por el titular de una autorización de vertido de aguas residuales, en este caso se requerirá solamente una autorización administrativa.(tendrá además preferencia). Las aguas regeneradas podrán utilizarse para los usos indicados en el anexo IA.( y con la calidad requerida en este mismo anexo) Usos Urbanos o Riego de jardines privados o Descarga de aparatos sanitarios(su autorización estará condicionada a la existencia de doble circuito señalizado en todos sus tramos hasta el punto de uso). o Riego de zonas verdes urbanas (parques, campos deportivos y similares) o Baldeo de calles o Sistemas contra incendios o Lavado industrial de vehículos
(Cuando exista un uso con posibilidad de aerosolización del agua, es imprescindible seguir las condiciones de uso que señale, para cada caso la autoridad sanitaria, sin las cuales, esos usos no serán autorizados.) Usos Agrícolas (considerar en todos los grupos de calidad al menos los géneros: Ancylostoma, Trichuris y Ascaris) o Riego de cultivos con sistema de aplicación del agua que no permita el contacto directo del agua regenerada con las partes comestibles para alimentación humana en fresco. o Riego de productos para el consumo humano con sistema de aplicación de agua que no evita el contacto directo del agua con las partes comestibles, pero el consumo no es en fresco sino con un tratamiento industrial posterior. o Riego de pastos para consumo de animales productores de leche o carne. o Acuicultura o Riego localizado de cultivos leñosos que impida el contacto del agua regenerada con los frutos consumidos en la alimentación humana o Riego de cultivo de flores ornamentales, viveros invernaderos, sin contacto, directo del agua regenerada con las producciones. o Riego de cultivos industriales no alimentarios, viveros, forrajes, ensilados, cereales y semillas oleaginosas. Usos Industriales o Aguas de proceso y limpieza o Torres de refrigeración y condensadores evaporativos. Usos Recreativos. o Riego de campos de golf. o Estanques, masas de agua y caudales circulantes ornamentales, en los que está impedido el acceso del público al agua. Usos ambientales. o Recarga de acuíferos por percolación localizada a través del terreno. o Recarga de acuíferos por inyección directa. o Riego de bosques, zonas verdes y de otro tipo no accesibles al público o Silvicultura. o Otros usos ambientales (mantenimiento de humedales, caudales mínimos y similares). En los supuestos de reutilización de agua para los usos no contemplados en el anexo IA, , el organismo de cuenca exigirá las condiciones de calidad que se adapten al uso más semejante de los descritos en el mencionado anexo. Será necesario en todo caso motivar la reutilización del agua para un uso no descrito en el anexo. En todos los supuestos de reutilización de aguas, el organismo de cuenca solicitará de las autoridades sanitarias un informe previo que tendrá carácter vinculante. Se prohíbe la reutilización de aguas para los siguientes usos:
Para consumo humano, salvo situaciones de declaración de catástrofe en las que la autoridad sanitaria especificará los niveles de calidad exigida a dichas aguas y los usos. Para usos propios de la industria alimentaria( salvo lo dispuesto en el anexoIA). Para uso en instalaciones hospitalarias y otros usos similares. Para el cultivo de moluscos filtradores en acuicultura. Para el uso en torres de refrigeración y condensadores evaporativos, (excepto lo previsto en el anexo IA). Para el uso en fuentes y láminas ornamentales en espacios públicos o interiores de edificios públicos. Para cualquier otro uso que la autoridad sanitaria o ambiental considere un riesgo para la salud de las personas o un perjuicio para el medio ambiente.
6. TRATAMIENTO DE LA AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES.
Una de las características asociadas a las sociedades industrializadas es la gran cantidad de residuos que generan, tanto a nivel de producción como de servicios. Dentro de la amplia gama de residuos, los generados directa o indirectamente por las numerosas actividades industriales constituyen un tipo genérico de fundamental importancia al contemplarse entre ellos la mayor parte de los residuos especiales que son potencialmente tóxicos o peligrosos. El origen de los residuos industriales, proviene de que los procesos de fabricación no poseen unos rendimientos de producción del 100% con respecto a las materias primas y energía que utilizan. Por ello frente a corrientes de productos con valor comercial, se generan paralelamente corrientes residuales sin valor económico de las cuales su generador se quiere desprender al no poder encontrar una salida comercial o de uso. El gran aumento de la producción industrial asociada a nuestra era, lleva así mismo asociada una gran producción de residuos industriales.
La mayoría de las actividades industriales de las sociedades modernas generan residuos que obligan a tomar medidas de control, con el fin de reducir al máximo los problemas que se puedan ocasionar sobre el entorno y la salud. En la directiva 91/271 CEE, del tratamiento de Aguas Residuales Urbanas, se definen los distintos tipos de aguas residuales:
Aguas residuales domesticas: Aquellas procedentes de zonas de vivienda y de servicios generadas principalmente por el metabolismo humano y las actividades domésticas.. Aguas residuales industriales: Todas las aguas residuales vertidas desde locales utilizados para efectuar cualquier actividad comercial o industrial, que no sean aguas residuales domésticas ni aguas de escorrentía pluvial.
Aguas urbanas: Las aguas residuales domésticas o la mezcla de las mismas con aguas residuales industriales y/o aguas de escorrentía pluvial. Todas ellas se recogen habitualmente en un mismo colector y son enviadas mediante un emisario terrestre a un planta EDAR. Las industrias que realicen el vertido de sus aguas residuales a esta red colectora, habrán de acondicionar previamente sus aguas. A diferencia de las aguas residuales domésticas, los efluentes industriales contienen con frecuencia sustancias que no se eliminan por un tratamiento convencional, bien por estar en concentraciones elevadas o bien por su naturaleza química. Muchos de los compuestos orgánicos e inorgánicos que se han identificado en aguas residuales industriales son objeto de regulación especial debido a su toxicidad o a sus efectos biológicos a largo plazo. En el control de la contaminación del agua producida por las actividades industriales en Europa y por lo tanto en España la tendencia especialmente tras la promulgación de la ley 16/2002 de prevención y control integrado de la contaminación y la puesta en marcha del EPER-España, ahora PRTR, es reducir el vertido de algunos contaminantes específicos y emplear sistemas avanzados de aguas residuales ―in situ‖. Entre las principales sustancias contaminantes de acuerdo con la ley 16/2002, que se tomarán obligatoriamente en consideración para fijar valores límite de emisiones a las aguas se encuentran: (Anexo III) Compuestos órgano-halogenados y sustancias que puedan generarlos en el medio acuático. Sustancias y preparados cuyas propiedades cancerígenas, o mutagénicas, que pueden afectar a la reproducción en el medio acuático. Hidrocarburos persistentes y sustancias orgánicas tóxicas persistentes y bioacumulables. Cianuros. Biocidas y productos fitosanitarios. Sustancias que ejercen una influencia desfavorable sobre el balance de oxigeno.
6.1 Actividades Industriales productoras de las principales sustancias contaminantes. Muchas son las actividades industriales potencialmente productoras de residuos tóxicos y peligrosos, sin embargo existen una serie de actividades cuyos procesos productivos conllevan casi necesariamente la generación de RTP. Hay tres sectores en España que agrupan el 80% de la producción de residuos tóxicos y peligrosos ( la industria química responsable de un 30 % de todos los que se generan, después se sitúa la industria del papel y la celulosa con un 27 % y la industria de los transformados metálicos con un 23%), el resto 20 % son producidos por otros 7 sectores industriales (Industrias metálicas básicas, textil, Minerales no metálicos y componentes eléctricos y electrónicos. 6.2 Técnicas de depuración. Los tratamientos a los que se deben someter los efluentes tienen que garantizar la eliminación o recuperación del compuesto orgánico en el grado requerido por la legislación que regula el vertido del efluente o para garantizar las condiciones mínimas
del proceso en el caso de reutilización o recirculación de la corriente para uso interno.
La aplicación de un método u otro depende fundamentalmente de la concentración del contaminante y del caudal de efluente. Determinadas técnicas, como la incineración y algunos tratamientos de oxidación, son utilizables sólo cuando la concentración de compuestos orgánicos es elevada, mientras que otras, como la adsorción y los procesos de oxidación avanzada, son útiles en efluentes con baja concentración de contaminante.
6.2.2 Tratamientos para la eliminación de materia en suspensión Desbaste: Es una operación en la que se trata de eliminar sólidos de mayor tamaño que el que habitualmente tienen las partículas que arrastran las aguas. El objetivo es eliminarlos y evitar que dañen equipos posteriores del resto de tratamientos. Suele ser un tratamiento previo a cualquier otro. Sedimentación: Operación física en la que se aprovecha la fuerza de la gravedad que hace que una partícula más densa que el agua tenga una trayectoria descendente, depositándose en el fondo del sedimentador. Esta operación será más eficaz cuanto mayor sea el tamaño y la densidad de las partículas a separar del agua, es decir, cuanto mayor sea su velocidad de sedimentación, siendo el principal parámetro de diseño para estos equipos. A esta operación de sedimentación se le suele denominar también decantación. Realmente, este tipo de partículas (grandes y densas, como las arenas) se tienen en pocas ocasiones en aguas industriales. Lo más habitual es encontrar sólidos
poco densos, por lo que es necesario, para hacer más eficaz la operación, llevar a cabo una coagulación-floculación previa. Filtración: La filtración es una operación en la que se hace pasar el agua a través de un medio poroso, con el objetivo de retener la mayor cantidad posible de materia en suspensión. El medio poroso tradicionalmente utilizado es un lecho de arena, de altura variable, dispuesta en distintas capas de distinto tamaño de partícula, siendo la superior la más pequeña y de entre 0.15 y 0.3 mm. En aguas industriales hay mas variedad en cuanto al material filtrante utilizado, siendo habitual el uso de Tierra de Diatomeas. También es habitual, pera mejorar la eficacia, realizar una coagulación-floculación previa. Flotación: Operación física que consiste en generar pequeñas burbujas de gas (aire), que se asociarán a las partículas presentes en el agua y serán elevadas hasta la superficie, de donde son arrastradas y sacadas del sistema. se utiliza en el tratamiento de aguas procedentes de refinerías, industria de la alimentación, pinturas, etc. Coagulación-Floculación: Como ya se ha mencionado en varias ocasiones, en muchos casos parte de la materia en suspensión puede estar formada por partículas de muy pequeño tamaño (10-6 – 10-9 m), lo que conforma una suspensión coloidal. Estas suspensiones coloidales suelen ser muy estables, en muchas ocasiones debido a interacciones eléctricas entre las partículas. Por tanto tienen una velocidad de sedimentación extremadamente lenta, por lo que haría inviable un tratamiento mecánico clásico. Una forma de mejorar la eficacia de todos los sistemas de eliminación de materia en suspensión es la adición de ciertos reactivos químicos que, en primer lugar, desestabilicen la suspensión coloidal (coagulación) y a continuación favorezcan la floculación de las mismas para obtener partículas fácilmente sedimentables. Es una operación que se utiliza a menudo, tanto en el tratamiento de aguas residuales urbanas y potables como en industriales (industria de la alimentación, pasta de papel, textiles, etc.). la electrocoagulación es otra forma de llevar a cabo el proceso, ampliamente utilizada en el caso de tratamiento de aguas industriales. Consiste en la formación de los reactivos in situ mediante la utilización de una célula electrolítica. El ánodo suele ser de aluminio, formándose cationes de Al3+, mientras en el cátodo se genera H2, siendo útil si la separación posterior de la materia es por flotación. 6.2.3 Tratamientos para la eliminación de materia disuelta.
Al igual que en el caso de la materia en suspensión, la materia disuelta puede tener características y concentraciones muy diversas: desde grandes cantidades de sales inorgánicas disueltas (salmueras) orgánicas (materia orgánica biodegradable en industria de alimentación) hasta extremadamente pequeñas cantidades de inorgánicos (metales pesados) y orgánicos (pesticidas) pero necesaria su eliminación dado su carácter peligroso. Algunos de estos tratamientos están siendo desplazados por otros más avanzados y emergentes, como son los procesos de oxidación avanzada y las operaciones con
membrana. Precipitación: Consiste en la eliminación de una sustancia disuelta indeseable, por adición de un reactivo que forme un compuesto insoluble con el mismo, facilitando así su eliminación por cualquiera de los métodos descritos en la eliminación de la materia en suspensión. Un reactivo de muy frecuente uso en este tipo de operaciones es el Ca2+, dada la gran cantidad de sales insolubles que forma, por ejemplo es el método utilizado para la eliminación de fosfatos (nutriente). Además posee cierta capacidad coagulante, lo que hace su uso masivo en aguas residuales urbanas y muchas industriales de características parecidas. Procesos Electroquímicos: Está basado en la utilización de técnicas electroquímicas, haciendo pasar una corriente eléctrica a través del agua (que necesariamente ha de contener un electrolito) y provocando reacciones de oxidación-reducción tanto en el cátodo como en el ánodo. Por tanto se utiliza energía eléctrica como vector de descontaminación ambiental, siendo su coste uno de las principales desventajas de este proceso. Sin embargo como ventajas cabe destacar la versatilidad de los equipos, la ausencia tanto de la utilización de reactivos como de la presencia de fangos y la selectividad, pues controlar el potencial de electrodo permite seleccionar la reacción electroquímica dominante deseada. Oxidación en ánodo: En el ánodo se puede producir la oxidación de los compuestos a eliminar, tanto orgánicos como inorgánicos. Esta oxidación se puede producir directamente por una transferencia de electrones en la superficie del ánodo o bien por la generación de un agente oxidante in-situ. En este último caso se evita manipular agentes oxidantes. Entre las aplicaciones de la oxidación directa cabe destacar el tratamiento de cianuros, colorantes, compuestos orgánicos tóxicos (en algunas ocasiones haciéndolos más biodegradables), incluso la oxidación de Cr(III) a Cr(VI), más tóxico pero que de esta forma puede ser reutilizado. En rango de concentraciones con posibilidades de utilizar este tipo de tratamiento también es muy amplio. Reducción en cátodo: La principal aplicación de esta posibilidad es la reducción de metales tóxicos. Se ha utilizado en situaciones, no poco frecuentes, de reducción de metales catiónicos desde varios miles de ppm’s de concentración hasta valores incluso por debajo de la ppm. Hay una primera etapa de deposición del metal sobre la superficie del cátodo que ha de continuarse con la remoción del mismo. Esto se puede hacer por raspado, disolución en otra fase, etc. Intercambio Iónico: Es una operación en la que se utiliza un material, habitualmente denominado resinas de intercambio iónico, que es capaz de retener selectivamente sobre su superficie los iones disueltos en el agua, los mantiene temporalmente unidos a la superficie, y los cede frente a una disolución con un fuerte regenerante. La aplicación habitual de estos sistemas, es por ejemplo, la eliminación de sales cuando se encuentran en bajas concentraciones, siendo típica la aplicación para la desmineralización y el ablandamiento de aguas, así como la retención de ciertos productos químicos y la desmineralización de jarabes de azúcar. Hay sustancia naturales (zeolitas) que tienen capacidad de intercambio, pero en las
industrias se utilizan resinas poliméricas de fabricación sintética con muy claras ventajas de uso.
Adsorción: El proceso de adsorción consiste en la captación de sustancias solubles en la superficie de un sólido. Un parámetro fundamental es este caso será la superficie específica del sólido, dado que el compuesto soluble a eliminar se ha de concentrar en la superficie del mismo. La necesidad de una mayor calidad de las aguas está haciendo que este tratamiento esté en auge. Es considerado como un tratamiento de refino, y por lo tanto al final de los sistemas de tratamientos más usuales, especialmente con posterioridad a un tratamiento biológico. El sólido universalmente utilizado en el tratamiento de aguas es el carbón activo, aunque recientemente se están desarrollando diversos materiales sólidos que mejoran, en ciertas aplicaciones, las propiedades del carbón activo. Desinfección: La desinfección pretende la destrucción o inactivación de los microorganismos que puedan causarnos enfermedades, dado que el agua es uno de los principales medios por el que se transmiten. Los organismos causantes de enfermedades pueden ser bacterias, virus, protozoos y algunos otros. La desinfección se hace imprescindible para la protección de la salud pública, si el agua a tratar tiene como finalidad el consumo humano. En el caso de aguas residuales industriales, el objetivo puede ser no solo desactivar patógenos, sino cualquier otro organismo vivo, si lo que se pretende es reutilizar el agua. Para llevar a cabo la desinfección se pueden utilizar Tratamiento físico (calor, radiación..) , pero fundamentalmente se utilizan agentes oxidantes, entre los que cabe destacar el clásico Cl2 y algunos de sus derivados, o bien procesos de oxidación avanzada O3. 6.2.4. Tratamientos Biológicos. Constituyen una serie de importantes procesos de tratamiento que tienen en común la utilización de microorganismos (entre las que destacan las bacterias) para llevar a cabo la eliminación de componentes indeseables del agua, aprovechando la actividad metabólica de los mismos sobre esos componentes. La aplicación tradicional consiste en la eliminación de materia orgánica biodegradable, tanto soluble como coloidal, así como la eliminación de compuestos que contienen elementos nutrientes (N y P). Es uno de los tratamientos más habituales, no solo en el caso de aguas residuales urbanas, sino en buena parte de las aguas industriales. Procesos biológicos aerobios: Son muchas las posibilidades de tratamiento: · Cultivos en suspensión: Proceso de fangos activados (lodos activados), y modificaciones en la forma de operar: aireación prolongada, contacto-estabilización, reactor discontinuo secuencial (SBR). · Cultivos fijos: Los microorganismos se pueden inmovilizar en la superficie de sólidos (biomasa soportada), destacando los filtros percoladores (también conocido como lechos bacterianos o filtros biológicos).
Procesos biológicos anaerobios: El tratamiento anaerobio es un proceso biológico ampliamente utilizado en el tratamiento de aguas residuales. Cuando éstas tienen una alta carga orgánica, se presenta como única alternativa frente al que seria un costoso tratamiento aerobio, debido al suministro de oxígeno. El tratamiento anaerobio se caracteriza por la producción del denominado ―biogas‖, formado fundamentalmente por metano (60-80%) y dióxido de carbono (40-20%) y susceptible de ser utilizado como combustible para la generación de energía térmica y/o eléctrica. Procesos biológicos de eliminación de nutrientes: Los compuestos con nitrógeno sufren una serie de transformaciones como consecuencia de la acción de distintos organismos. En primer lugar, una serie de bacterias autótrofas (Nitrosomonas y Nitrobacter) son capaces de llevar a cabo una nitrificación, con demanda de oxígeno. A continuación, otra serie de bacterias desnitrificantes llevan a cabo la eliminación de NO3- , en un sistema anóxico, donde el propio nitrato actúa de aceptor de electrones, siendo en este caso bacterias heterótrofas, es decir su fuente de carbono es materia orgánica. Este proceso en su conjunto es conocido como nitrificacióndesnitrificación. De esta forma y en dos reactores consecutivos se puede llevar a cabo la eliminación de compuestos con nitrógeno: primero en un reactor aerobio seguido de otro con condiciones anóxicas, pero en el que será necesario adicionar fuente de carbono para el desarrollo de las bacterias desnitrificantes. Eliminación Biológica del Fósforo: Aunque la eliminación del fósforo (en forma de fosfato) ha sido tradicionalmente por precipitación con Ca2+, se han desarrollado métodos para su eliminación biológica, más allá de lo que supone la simple asimilación por parte de los organismos para integrarlo en su crecimiento celular. Todavía no está perfectamente descrita la acción de los microorganismos, entre los que son especialmente activos los Acinetobacter.
TECNOLOGÍAS EMERGENTES Oxidación: A. Oxidación Química: Incineración: Consiste en la oxidación térmica completa del residuo en fase gas y a temperatura elevada. Es un método útil únicamente cuando se trata de pequeñas cantidades de aguas con una concentración elevada de contaminantes oxidables. En caso contrario, los costes de operación asociados a la necesidad de utilizar un combustible auxiliar, se vuelven excesivos. Aunque los costes de inmovilizado son elevados, la tecnología está bien establecida. Puede ser una buena elección tecnológica cuando se utiliza en combinación con una operación de separación previa que concentre el contaminante, por ejemplo una ultrafiltración. B. Oxidación húmeda no catalítica: La materia orgánica, soluble o en suspensión, se oxida con oxígeno disuelto procedente de aire o corrientes gaseosas enriquecidas en oxígeno. C. Oxidación húmeda catalítica:
En casos en los que sea necesario alcanzar una tasa de mineralización alta, el proceso de oxidación húmeda se puede llevar a cabo en presencia de catalizadores con el fin de acelerar la velocidad de la reacción de degradación de los compuestos orgánicos. La oxidación húmeda catalítica (CWAO) es capaz de mineralizar la práctica totalidad de los contaminantes orgánicos junto con compuestos inorgánicos tales como cianuros y amoníaco y como la oxidación húmeda, puede utilizar aire u oxígeno como agente oxidante. El catalizador hace posible la operación en condiciones de temperatura y presión más moderadas que las de la oxidación húmeda no catalítica y, por tanto, mejorar el balance económico del proceso. Los catalizadores suelen ser metales u óxidos metálicos. D. Oxidación húmeda supercrítica: En los procesos de oxidación húmeda mencionados hasta ahora el oxidante primario debe atravesar la interfase gas-líquido. Esto impone limitaciones al diseño de reactores puesto que debe de tenerse en cuenta una posible limitación a la velocidad de transferencia de materia. Si se rebasa el punto crítico del agua (647.096 K, y 22.064 MPa) desaparece la diferencia entre fases a la vez que los coeficientes de transporte alcanzan valores elevados, lo que permite operar con velocidades de oxidación elevadas. De esta forma, los compuestos orgánicos tóxicos y refractarios a la oxidación pueden degradarse con gran eficacia a temperaturas comprendidas entre 400 y 650º C con tiempos de residencia muy pequeños (30-90 s). Además, el proceso permite tratar efluentes con contaminantes muy diversos, incluyendo metales, que son transformados en sus óxidos. Por otro lado, la presión que requiere la oxidación supercrítica es muy elevada y en las condiciones de presión y temperatura de la operación existe una fuerte incidencia de la corrosión debida a la oxidación de halógenos, fósforo y azufre, factores ambos que fuerzan a utilizar materiales costosos. Procesos avanzados de oxidación (AOP): Los procedimientos avanzados de oxidación (Advanced oxidation processes = AOP) se definen como ―aquellos procesos de oxidación que implican la generación de radicales hidroxilo en cantidad suficiente para interaccionar con los compuestos orgánicos del medio‖. Se trata de una familia de métodos que utilizan la elevada capacidad oxidante de los radicales HO· y que se diferencian entre sí en la forma en la que los generan. Los más comunes utilizan combinaciones de ozono (O3), peróxido de hidrógeno (H2O2), radiación ultravioleta y fotocatálisis. se trata de procesos que utilizan reactivos costosos tales como el agua oxigenada o el ozono, por lo que su utilización debe restringirse a situaciones en las que otros procesos más baratos, como los biológicos, no sean posibles. Su máximo potencial se explota cuando se consiguen integrar con otros tratamientos, como la adsorción o los tratamientos biológicos, a fin de conseguir la máxima economía de oxidante. Una característica común a todos los procesos avanzados de oxidación es su capacidad para tratar efluentes con concentraciones menores que 5 g/L de demanda química de oxígeno. Para mayores concentraciones, el elevado consumo de agente oxidante y la mejora en el balance energético del proceso, hacen preferibles las técnicas de oxidación directa tales como la oxidación húmeda.
Comentario [up24]: Las reacciones de reducción-oxidación (también conocidas como reacciones redox) son las reacciones de transferencia de electrones. Esta transferencia se produce entre un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno reductor (una forma reducida y una forma oxidada respectivamente). Para que exista una reacción redox, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones y otro que los acepte: El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir; oxidándose. El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir; reducido. Comentario [up25]: Definimos mineralización como la degradación completa de un compuesto a sus constituyentes minerales, en donde el carbono orgánico es oxidado hasta CO2.
I.
II.
Ozonización en medio alcalino: El ozono es inestable en agua: tiende a descomponerse en una secuencia de reacciones que generan radicales entre los que se encuentra el radical hidroxilo. A valores de pH elevados, la velocidad de autodescomposición de ozono en agua se incrementa y con ella, la velocidad de generación de radicales. En estas condiciones, la oxidación de los compuestos orgánicos contenidos en el efluente, se produce por la combinación de dos mecanismos: la vía directa que representa la reacción entre la molécula orgánica y el ozono disuelto, y la vía indirecta, mediante la cual los radicales hidroxilo actúan como oxidantes. La principal desventaja del proceso, como de todos los que implican la utilización de ozono, es el coste de su generación mediante descarga eléctrica. Ozonización con peróxido de hidrógeno (O3/H2O2) y (O3/H2O2/OH-):
La adición de peróxido de hidrógeno combinado con el ozono provoca la iniciación de un ciclo de descomposición que resulta en la formación de un mol de radicales hidroxilo por cada mol de ozono que se descompone. 2 O3 + H2O2 Õ 2 HO· + 3O2
La ozonización con peróxido de hidrógeno, al igual que la ozonización alcalina, se basan principalmente en la degradación indirecta por vía radicalaria.
III.
Métodos ozono-ultravioleta: O3/UV, H2O2/UV y O3/H2O2/UV: La foto-oxidación directa con radiación UV da fundamento a una tecnología de degradación de contaminantes orgánicos siempre que éstos absorban dicha radiación y lo hagan con una especificidad razonable en comparación con otros compuestos presentes en el medio. Desafortunadamente, la absorbancia de la mayoría de los contaminantes orgánicos es baja y las reacciones fotoquímicas que se originan tienden a generar mezclas complejas de productos intermedios en lugar de la mineralización del contaminante. La velocidad de las reacciones fotoquímicas con la materia orgánica puede incrementarse mediante la adición al medio de ozono, peróxido de hidrógeno o mezclas de ambos, debido a que se trata de compuestos que al absorber luz ultravioleta se descomponen para originar radicales. O3 + h ( <310 nm) Õ O2 + O (1D) O (1D) + H2O Õ 2HO· H2O2 + h ( ~200 - 280 nm) Õ 2HO·
IV.
Peróxido de hidrógeno y catalizador (H2O2/Fe2+): Se trata de un sistema catalítico homogéneo en el cual una sal de hierro, habitualmente FeSO4, genera radicales gracias a la interacción del peróxido de hidrógeno con la forma reducida, Fe(II). El mecanismo es el siguiente: Fe (II) + H2O2 Fe (III) + HO· + HOH 2O2 + HO· H2O + HO2H2O2 + HO2 O2 + H2O + HO- ·
La velocidad de generación de radicales está determinada por la reacción del Fe(II) con el peróxido de hidrógeno, por lo que la concentración de hierro limita la velocidad de oxidación. El rango de aplicabilidad de la técnica está limitado también por el pH del medio. El pH óptimo se sitúa en el intervalo 3-6 y hay una pérdida de eficacia en medio básico. V. Foto-Fenton (Fe2+/H2O2/UV): El proceso Foto-Fenton es un tratamiento homogéneo fotocatalítico basado en la producción de radicales hidroxilo mediante el reactivo deFenton (H2O2 + Fe2+). La velocidad de degradación de contaminantes orgánicos con sistemas Fenton resulta notablemente acelerada por la irradiación con luz Ultravioleta-Visible (longitudes de onda mayores de 300 nm).
VI.
Oxidación avanzada con ultrasonidos (O3/US y H2O2/US): Recientemente se ha descrito el uso de ultrasonidos como fuente de energía para la degradación de compuestos orgánicos en medio acuoso. Los ultrasonidos generan burbujas de cavitación que crecen durante los ciclos de compresión-descompresión hasta alcanzar un tamaño crítico desde el cual implotan transformando la energía en calor. En el interior de las burbujas de cavitación, las condiciones de temperatura y presión pueden alcanzar los 5000ºC y 1000 bar, condiciones en las cuales incluso las moléculas de agua se descomponen homolíticamente generando radicales HO• y H•. Los radicales formados pueden recombinarse de la misma forma o reaccionar con sustancias presentes en el medio de reacción originando su degradación en el caso de tratarse de moléculas orgánicas complejas. La eficacia de los ultrasonidos es mayor cuanto más elevada sea su frecuencia.
Comentario [up26]: Implosión es la compresión de una masa fisionable subcrítica esférica, o cilíndrica. La implosión funciona detonando los explosivos en la superficie externa del objeto, por lo que la onda expansiva se mueve hacia adentro. La onda se transmite al núcleo fisionable, comprimiendo y aumentando su densidad hasta alcanzar el estado crítico.
Sin embargo, la generación de ultrasonidos es costosa y el método está aún en sus primeas fases de desarrollo lejos de una posible aplicación comercial. VII.
Métodos electroquímicos: Los procesos electroquímicos para la oxidación de contaminantes orgánicos se basan en la utilización de energía eléctrica para romper los enlaces de las moléculas. Se clasifican como procesos avanzados de oxidación porque los electrones se transfieren al compuesto orgánico en último extremo mediante la intervención de radicales hidroxilo.
VIII.
Ozonización catalítica (O3/Cat.): Los principales catalizadores que se utilizan en ozonización son los óxidos de metales de transición (MnO2, TiO2, Al2O3), metales u óxidos soportados (Cu/Al2O3, TiO2/Al2O3), carbón activado granular (GAC) y sistemas mesoporosos, como los silicatos MCM o SBA.
IX.
Procesos fotocatalíticos (O3/TiO2/UV y H2O2/TiO2/UV): La oxidación fotocatalítica se basa en la fotoexcitación de un semiconductor sólido como resultado de la absorción de radiación electromagnética, en general en la zona del ultravioleta próximo. La radiación provoca la excitación de electrones en la banda de valencia del sólido, lo que origina la formación de huecos caracterizados por un potencial de oxidación muy elevado. En estos huecos no sólo se produce la oxidación de compuestos orgánicos adsorbidos, sino que es posible que tenga lugar la descomposición del agua para originar radicales hidroxilo que participan a su vez en las reacciones de degradación de la materia orgánica. El principal fotocatalizador es el dióxido de titanio. La mayoría de los compuestos orgánicos contaminantes son susceptibles de ser tratados mediante fotocatálisis, incluyendo moléculas cloradas como clorofenoles y dioxinas, que resultan mineralizados hasta CO2 y HCl
Comentario [up27]: Dioxido de manganeso, Dióxido de Titanio, Oxido de Aluminio(Alumina)
Aplicaciones de los métodos de oxidación directa
A partir de los años setenta, la aplicación de la oxidación húmeda se centró en efluentes industriales. En la zona de baja temperatura (100-200ºC) se produce la oxidación de cianuros y pesticidas no clorados. A media temperatura (200-220°C) se utiliza para la oxidación de las soluciones alcalinas utilizadas como absorbente de gases ácidos (H2S) en la producción de etileno y en la operación de acondicionamiento térmico de lodos en condiciones autotérmicas (220-260ºC). A mayor temperatura se tratan los efluentes industriales con fenoles o cresoles (240- 280ºC). En el rango 260-320°C, la oxidación
húmeda se utiliza para tratamiento de absorbentes de refinería saturados en diversos compuestos orgánicos y para la mayoría de las aplicaciones para tratamiento de efluentes industriales con disolventes y otros compuestos orgánicos. A 280-320°C, la técnica se utiliza para la destrucción de lodos industriales y municipales. En la actualidad, existen en el mundo un centenar de plantas en operación, la mayoría de las cuales tratan bien efluentes de las industrias química, petroquímica y farmacéutica, bien lodos procedentes del tratamiento biológico de aguas residuales. Procesos comerciales de oxidación directa.
Muchos de los procesos avanzados de oxidación que se indican en la tabla anterior no han pasado aún del desarrollo en planta piloto, se dispone ya de tecnología aplicable esencialmente a efluentes industriales. La mayoría de los sistemas propuestos utilizan O3/H2O2 o bien se trata de métodos basados en el uso de radiación ultravioleta. Su utilización, que aún es muy reducida, está condicionada por las restricciones impuestas por la administración a los vertidos industriales.
MEMBRANAS. Las membranas son barreras físicas semipermeables que separan dos fases, impidiendo su íntimo contacto y restringiendo el movimiento de las moléculas a través de ella de forma selectiva. Este hecho permite la separación de las sustancias contaminantes del agua, generando un efluente acuoso depurado.
Tecnologías de tratamiento de aguas residuales industriales y de proceso con membranas: Las tecnologías más utilizadas en el tratamiento de aguas residuales industriales se pueden agrupar atendiendo a la fuerza impulsora responsable del flujo de permeado.
Comentario [up28]: La definición clásica de coloide, también llamada dispersión coloidal, se basa en el tamaño de las partículas que lo forman, llamadas micelas. Poseen un tamaño bastante tamaño bastante pequeño, tanto que no pueden verse con los mejores microscopios ópticos, aunque son mayores que las moléculas ordinarias. Las partículas que forman los sistemas coloidales tienen un tamaño comprendido entre 50 y 2.000 Å.
Microfiltración (MF): La microfiltración utiliza valores de diferencia de presión transmembrana comprendidos en el intervalo 100 - 500 kPa, pudiendo separar tamaños de partículas dentro del rango: 0.1 mm – 10 mm, de distinta naturaleza: sólidos suspendidos, partículas finas y algunos coloides. Se utilizan membranas microporosas del tipo filtro profundo dispuestas en cartuchos, que se instalan en línea y del tipo tamiz, que se disponen en diferentes configuraciones y que operan en la forma filtración tangencial. Para las aplicaciones industriales, las membranas de microfiltración se fabrican con polifluoruros de polivinilideno, oliamidas, poliolefinas y materiales cerámicos. La microfiltración es una tecnología plenamente consolidada en industrias como la farmacéutica: esterilización del agua para fabricación de soluciones, industria de componentes electrónicos: eliminación de microcontaminantes de aguas de proceso, y alimentación: esterilización de vinos y jugos de frutas. Ultrafiltración (UF):
La ultrafiltración utiliza diferencias de presión transmembrana de 100 - 800 kPa, con un intervalo de tamaño de poro de 10 Å – 1000 Å, pudiendo realizar separaciones de microsolutos como coloides y macromoléculas. Las membranas más utilizadas son las anisótropas de tipo Loeb - Sourijan, donde una delgada capa de poros de pequeño diámetro se encuentra unida, sin discontinuidad, a otra capa más gruesa y microporosa. Los materiales habitualmente empleados en la fabricación de este tipo de membranas son: poliacrilonitrilo, polímeros de polivinilclorudo/poliacrilonitrilo, polisulfonas, poliviniliden fluoruro, poliamidas aromáticas, acetato de celulosa y materiales cerámicos (óxidos de titanio, aluminio y silicio). Los costes de capital y de operación de UF, son todavía demasiado altos para que pueda aplicarse como única tecnología de tratamiento de grandes caudales de agua residual, pero si tiene ya un importante campo de aplicación, en combinación con otras tecnologías, como es el caso de los reactores biológicos de membrana. Se utiliza el tratamiento del agua caliente y recuperación de proteínas en la industria de la alimentación; recuperación de partículas de pintura del agua de los procesos de pintado de piezas industriales; recuperación de polímeros sintéticos en la industria textil; recuperación de aceites presentes en las aguas de proceso de la industria metalúrgica, etc. Ósmosis inversa (RO):
El proceso de separación se debe a las diferentes solubilidad y difusividad en la membrana de los componentes de la solución acuosa. Los valores de operación de la diferencia de presión transmembrana y concentración de la solución son 7 – 70 bar y 200 – 30000 ppm, respectivamente.
En RO se utilizan membranas densas, anisótropas, en configuraciones del tipo módulos enrollados en espiral, de 20 cm – 30 cm de diámetro y 100 - 150 cm de largo; que se disponen en número de 5 – 7 en el interior de carcasas de plástico reforzadas con fibra de vidrio. También se utilizan membranas del tipo fibra hueca, de 100 mm de diámetro, dispuestas en módulos que contienen 1000 unidades. La aplicación de la RO en el tratamiento de aguas residuales está limitada por los altos costes de operación debido a los problemas de ensuciamiento de las membranas. En el caso de las aguas residuales industriales, la RO se utiliza en aquellas industrias donde es posible mejorar la economía del proceso mediante la recuperación de componentes valiosos que puedan volver a reciclarse en el proceso de producción: industrias de galvanoplástia y de pintura de estructuras metálicas, o donde la reutilización del agua tratada signifique una reducción importante del consumo de agua: industria textil.
Nanofiltración (NF): Utiliza membranas con valores de pesos moleculares de corte de 200 Da – 1000 Da y coeficientes de rechazo de cloruro sódico de 0.2 – 0.80 %. NF se aplica para el tratamiento de aguas con una concentración salina de 200 mg/L – 5000 mg/L con presiones de trabajo de 7 bar – 14 bar, de ahí que también se denomine ósmosis inversa de baja presión. Se utiliza en el tratamiento de aguas de consumo en pequeñas comunidades. Eliminación de la dureza del agua y como pretratamiento para la obtención de agua ultrapura. Electrodiálisis (ED): Los procesos de separación basados en la electrodiálisis utilizan membranas donde se han incorporado grupos con cargas eléctricas, con el fin restringir el paso de los iones presentes en una solución acuosa. En estos procesos la ―fuerza impulsora‖ responsable del flujo de los iones, a través de la membrana, es una diferencia de potencial eléctrico. Aunque con un mercado pequeño, los procesos de electrodiálisis se utilizan en el tratamiento de la dureza del agua, el desalado del suero de quesos, recuperación de ácido tánico de los vinos y recuperación de ácido cítrico de los jugos de frutas. En el
Comentario [up29]: Daltón, unidad de masa atómica
tratamiento de las aguas industriales, la electrodiálisis se emplea en la recuperación de ácidos de los baños electrolíticos y en la eliminación de metales pesados de las aguas de los procesos galvanoplástia.
Reactores biológicos de membranas (MBR):
Un MBR es un sistema biológico de tratamiento de agua residual, donde la membrana es el límite físico que separa la zona donde se produce la degradación biológica de los contaminantes y la zona del agua tratada, libre de contaminantes y microorganismos. Las membranas puede estar dispuesta en el interior del reactor biológico (configuraciones con membranas sumergidas o integradas), en cuyo caso el efluente del reactor es el agua depurada.
o en su exterior (configuraciones con membranas externas o con recirculación), en cuyo caso el efluente del reactor (mezcla reaccionante) se hace circular hasta una unidad de microfiltración/ultrafiltración con el fin de separar el agua depurada del concentrado. recirculando éste al reactor.
Los MBR se utilizan en el tratamiento de aguas residuales industriales, urbanas y municipales con características especiales. Los principales inconvenientes de los MBR son la formación de espumas, el ensuciamiento de las membranas y la necesidad de altas velocidades de transferencia de oxígeno, hechos todos ellos relacionados con las altas concentraciones de microorganismos de estos reactores. Proyectos de I+D Por comunidades autónomas, destaca una mayor actividad investigadora Cataluña y Madrid, seguidos por Andalucía y Galicia. Estos proyectos se desarrollan en 34 universidades y organismos públicos de investigación (OPI´S), siendo los más activos las universidades de Barcelona, Politécnica de Cataluña, Autónoma de Barcelona, Autónoma de Madrid y Santiago de Compostela.
7. MODELOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS (EDARS urbanas) PARA MEDIANAS Y GRANDES ENTIDADES DE POBLACIÓN.
A continuación comentaremos una estación depuradora para aguas residuales urbanas de un nucleo poblacional medio, esta estación depuradora ha sido diseñada para una población equivalente de: 46000 h.e. con un caudal medio de diseño de 13800 m3
por día. En esta EDAR, se lleva a cabo un tratamiento biológico de aireación prolongada con eliminación biológica de nitrógeno y fósforo. y desinfección mediante UV. En la línea de lodos, el proceso es deshidratación con centrifuga
En esta estación depuradora de aguas residuales, se reciben las aguas a través de los colectores y es necesario un tratamiento previo o pretratamiento que elimine del agua residual aquellas materias que pueden obstruir las bombas y canalizaciones. En el caso de nuestro ejemplo lo primero se produce un desbaste de gruesos mediante una reja y posteriormente se produce un desbaste de finos mediante rototamices.
El agua después de estos procesos ya más limpia pasa a una balsa de Desarenado/desengrasado
En el caso que nos ocupa después del desarenado/desengrasado el agua vuelve a pasar por un nuevo tamiz previamente a su introducción en el Reactor Anaerobio donde El tratamiento anaerobio se caracteriza por la producción de ―Biogas‖ formado por metano (60-80%) y dióxido de carbono CO 2. Además solo una pequeña parte de la DBO tratada se utiliza para formar nuevas bacterias. Es un proceso en el que intervienen tanto bacterias anaerobias estrictas como facultativas. A través de una serie de etapas y en ausencia de O2: Hidrólisis: Ruptura de las moléculas grandes, solubles e insolubles en moléculas de menor tamaño que pueden ser transportadas dentro de las células. Formación de ácidos (acidogénesis) y acetato acetogénesis: Los productos finales de la hidrólisis con trasformados en ácidos orgánicos de cadena corta. Metanogénesis: Formación de metano. Puede ocurrir por dos fuentes:
La primera es la formación de metano y CO2 a partir del principal producto de la fermentación (ácido acético)
Algunas bacterias metanogénicas son capaces de usar el hidrógeno para reducir el dióxido de carbono a Metano
CH3COOH - CH4 + CO2
4H2 +CO2 -CH4 + 2 H2O
Estos sistemas tienen bajo consumo, pequeña producción de fangos, además este proceso en nuestro caso es el inicio para el proceso de eliminación de fosforo. El método está basado en someter inicialmente a la masa bacteriana a un ambiente anaerobio, donde los microorganismos tienen tendencia a no consumir fósforo para crecimiento debido a la presencia de ácido acético. Sin embargo después si son sometidas a un sistema aerobio, consumen con avidez fósforo, momento en el que se sedimenta y separa. El proceso sería:
Esta agua que acabamos de someter al tratamiento del reactor anaerobio entra entonces en los canales de oxidación que son unos canales circulares cerrados, provistos de aireadores y de rotores que provocan la aireación y circulación de fangos. Debido a la geometría de los canales podemos obtener zonas más oxigenadas con nitrificación y zonas muy poco oxigenadas con desnitrificación por lo que es un sistema bueno para eliminar materia orgánica y nitrógeno. Este proceso se puede considerar como un proceso de Fangos activados modificado, el proceso es semejante al de los fangos activos, que consiste en poner en contacto en una balsa aireada el agua residual con flóculos biológicos previamente formados, en los que se absorbe la materia orgánica y donde se degrada por las bacterias presentes. Junto al proceso de degradación y para separar los flóculos del agua se ha de llevar a cabo una sedimentación desde donde se realiza una recirculación de parte de los fangos para mantener una elevada concentración de microorganismos en el interior del reactor, además de una purga del fango sobrante. Parámetros muy importantes:
Aireación (valor mínimo 2 mg/l (solubilidad del agua 8-9 mg O2/l Intensidad de Carga Edad del fango (5 a 8 días)
Pero como hemos dicho el proceso está modificado, ya que además de ser un canal de oxidación se produce una aireación prolongada con lo que se trabaja con intensidades de carga más altas y hay una menor generación de fangos. Además si lo enlazamos con la fase anterior el resultado sería que eliminaríamos nitrógeno mediante desnitrificación: La desnitrificación consiste en la reducción de los nitratos y nitritos a nitrógeno libre, por medio de bacterias heterótrofas que pueden utilizar el oxigeno de nitratos, para las reacciones de síntesis y oxidación biológica. Los procesos de desnitrificación se producen en ausencia de oxigeno y cuando el periodo de oxidación es suficientemente prolongado. Los compuestos con nitrógeno sufren una serie de trasformaciones como consecuencia de la acción de distintos organismos. En primer lugar una serie de bacterias autótrofas (nitrosomonas y nitrobacter)son capaces de llevar a cabo una nitrificación, con demanda de oxigeno. A continuación otra serie de bacterias desnitrificantes llevan a cabo la eliminación de NO3 - , en un sistema anóxico donde el propio nitrato actua de aceptor de electrones, siendo en este caso bacterias heterótrofas, es decir, su fuente de carbono es materia orgánica, de esta forma en un sistema conjunto semejante al de fangos activos, se puede llevar a cabo el proceso.
Comentario [up30]: Relación entre la carga orgánica alimentada y la cantidad de microorganismos disponibles en el sistema
Canal de oxidación Al final después de del proceso biológico antes de su vertido a la ría se procede a la desinfección del agua mediante UV.
Estación depuradora diseñada para 400.000 habitantes equivalentes, con un caudal medio de 120000 m3 por día y un caudal máximo de diseño de 10.800 m3 /hora.
En esta estación depuradora se ven cambios con respecto a la que acabamos de ver: El agua residual producida se conduce hasta la EDAR a través de los colectores y se somete a: Pretratamiento:
Eliminación de los sólidos más gruesos mediante rejas ( e= 5 cm) Tamizado (tamices de escalera) Desarenado/desengrasado)
Decantación primaria: Mediante decantadores circulares, de sólidos suspendidos con velocidad inferior a 0,6 m/h. Esta separación supone una disminución de los sólidos en suspensión del 65% y de la DBO5 en torno a un 35% . El objetivo de esta operación es la eliminación de los sólidos en suspensión de pequeño tamaño (no retenidos en el pretratamiento), mediante la acción de la gravedad, tras esta etapa el agua se dirige al tratamiento biológico. Tratamiento biológico: El agua al salir de los decantadores primarios va a un medidor de caudal que además funciona como distribuidor ya que el agua puede entrar por dos líneas, una línea igual a la que anteriormente hemos comentado y otra línea sin el reactor anaerobio previo. También hay diferencia en los decantadores secundarios, ya que en este caso tenemos un decantador rectangular y un decantador secundario circular. En el caso del circular tiene un sistema de barrido de puente radial de arrastre periférico. En donde se ven cambios más significativos entre una y otra planta depuradora es en la línea de fangos: En el primer caso la línea de Fangos se limitaba a hacer un espesamiento de los fangos, que consiste en la retirada del agua del fango debido a que el rendimiento de los digestores es bajo, si la concentración del fango es demasiado baja, además de requerir tanques de almacenamiento inmensamente más grandes. En el primer caso los fangos en un primer momento se espesan mediante los tambores centrífugos para posteriormente pasar a la centrifuga y seguir separando la fase solida de la líquida, por supuesto en ambos casos, el agua de rechazo de deshidratación del lodo puede llevarse a cabecera de planta. El fango así tratado se almacena en silos esperando destino, que dependiendo de las características del fango podría ser: -
Vertederos. Aplicación al suelo (agricultura, silvicultura…) Incineración
-
Lagunaje.
En el caso de la EDAR, más grande, como e forman una cantidad mucho más importante de lodos, por lo que además del espesamiento que se opta en la primera estación para conseguir reducir la cantidad de lodos y su posterior almacenamiento se utiliza otro proceso de Estabilización que es la Digestión Anaerobia en la cual los productos finales son CH4 y CO2, este ―Biogas‖, llevado a una antorcha para ser quemado. Otra cosa que también llama la atención es que para el espesamiento previo a la Digestión Anaerobia se utiliza un espesador por gravedad, que funciona de forma similar a los clarificadores de la línea de aguas.
Centrifuga
Espesador por gravedad. El fango digerido va a un depósito para posteriormente, seguir con una mayor deshidratación para reducir la cantidad de los mismos y por último pasar a un silo de almacenamiento a la espera de su destino final.
8. FOSAS SEPTICAS Y OTROS SISTEMAS DE TRATAMIENTOS PARA PEQUEÑOS NUCLEOS DE POBLACIÓN.
El modelo de asentamiento en Galicia presenta como características principales: Fuerte dispersión geográfica, concentrándose en Galicia cerca del 50% de los núcleos del Estado �el 52,6% de las entidades de población tienen un censo de menos de 1.000 habitantes y el 59,1% de éstas están en el entorno de 50 habitantes.
Características distintivas del saneamiento del medio rural: Grandes variaciones de caudal. Además, el consumo de agua en los núcleos pequeños es casi exclusivamente doméstico, pudiendo darse el caso de producciones nulas a determinadas horas del día (noche – madrugada) Escasos recursos económicos, humanos y técnicos para la explotación del sistema Elevado coste por habitante, tanto de ejecución como de explotación (en el que tiene una especial repercusión el coste de gestión de fango).
La forma más común a la que nosotros estamos acostumbrados de evacuar las aguas residuales de tipo doméstico, es mediante su descarga al sistema de alcantarillado sanitario. Sin embargo esto no siempre es económicamente factible, sobre todo con la distribución poblacional antes indicada. En estos casos es necesario instalar unidades específicas de evacuación y tratamiento para evitar la contaminación de las fuentes de abastecimiento de agua potable, ya sean superficiales o subterráneas. Sistemas más simples y menos costosos. En este sentido el sistema de tratamiento con fosas sépticas que incluye el proceso séptico y el proceso de oxidación, es una de las opciones para resolver los problemas mencionados.
Fosa séptica: Las fosas sépticas son unidades de tratamiento primario de las aguas negras domésticas, en ellas se realiza la separación y trasformación físico-quimica de la materia sólida contenida en esas aguas. Las aguas negras son depositadas en un tanque para con el menor flujo del agua, la parte sólida se pueda depositar, liberando la parte líquida, una vez hecho esto, determinadas bacterias anaerobias actúan sobre la parte sólida de las aguas negras descomponiéndola. Esta descomposición deja a las aguas negras residuales con menos cantidad de materia orgánica, se elimina cerca del 40 % de la DBO. Debido a que pueden existir organismos patógenos, la parte sólida debe de ser retirada y tratada como un residuo.
Comentario [up31]: Separación de la materia orgánica del agua y estabilización de la bacteria orgánica por acción de las bacterias anaerobias y todo eso dentro del tanque-
Para el buen funcionamiento del sistema el agua debe permanecer en el tanque un mínimo de 24 h.
. Otro sistema simple son los tanques Imhoff que se parecen a las fosas sépticas pero son más complejos. Los tanques Imhoff son también conocidos como tanques de doble acción. Estos tanques se idearon para corregir los dos defectos principales de las fosas sépticas:
Impedir que los sólidos que se han separado de las aguas negras se mezclen nuevamente con ellas, permitiendo la retención de los sólidos para su descomposición en la misma unidad Proporcionar un efluente adaptable a un tratamiento posterior.
El contacto entre las aguas negras y los lodos que se digieren anaerobiamente queda prácticamente eliminado y disminuye el periodo de retención en el tanque. Estos tanques tienen una cámara o cámaras superiores por las cuales pasan las aguas negras en su periodo de sedimentación, además de otra cámara inferior donde la
materia recibida por gravedad permanece en condiciones tranquilas para su digestión anaerobia. De la forma del tanque se obtienen varias ventajas. 1) los lodos sedimentables alcanzan la cámara inferior en menor tiempo; 2) la forma de la ranura y de las paredes inclinadas que tiene la cámara acanalada de sedimentación fuerza a los gases de la digestión a tomar un camino hacia arriba que no perturba la acción sedimentadora.
Como todo dispositivo de tratamiento primario, el tanque imhoff o también la fosa séptica pueden ser parte de una planta para el tratamiento completo, según el tamaño de la población puede ser recomendable utilizar un tipo de tratamiento u otro según se especifica en la tabla siguiente:
A continuación se van a presentar diversos sistemas que actualmente en experimentación en Galicia.
En este modelo de depuración el tanque Imhoff funciona como dispositivo de tratamiento primario, con el cual podemos conseguir alrededor de un 30% de rendimiento en la reducción de DBO5 y un 45 % de los sólidos en suspensión, posteriormente el agua pasa a un humedal de flujo subsuperficial que consiste en canales o zanjas escavados y rellenos de material granular, generalmente grava en donde el nivel del agua se mantiene por debajo de la superficie de la grava, sí evita la proliferación de mosquitos.. Las especies que se suelen emplear son helófitos, plantas capaces de arraigar en suelos anegados o encharcados, con parte sumergida y otra parte emergente. Se suelen usar, Carrizoas (Phragmites, juncos (juncus), Espadanas… El rendimiento de los humedales, se puede decir que pueden tratar con eficiencia niveles altos de DBO, SS y nitrógeno (rendimientos superiores al 80 %, en el caso del nitrógeno del 30-40%), así como niveles significativos de metales, trazas orgánicas y patógenos. La eliminación de fosforo es mínima en estos sistemas
Procesos de depuración en los humedales artificiales.
Comentario [up32]: El potencial de remoción de nitrógeno puede tardar varios años en formarse solo el 10% se elimina por la asimilación por las plantas, En la salida de la fosa séptica o tanque inhoff, los efluentes no contienen nitratos pero si nitrógeno orgánico y amoniacal
A la salida de los tratamientos antes descritos el efluente no posee las características físico-químicas ni microbiológicas adecuadas para ser descargado directamente a un cuerpo receptor. Es necesario proporcionar un tratamiento al efluente con el fin de disminuir los riesgos de contaminación.
Las zanjas de filtración se hacen con grava y arena
En este segundo modelo de tratamiento el proceso comienza en unos tanques primarios en donde se consigue remover aproximadamente un 60% de los sólidos sedimentables y de un 30% de los sólidos suspendidos en las aguas residuales. Es un proceso de tipo floculento y los lodos están conformados por partículas orgánicas. En estos tanques el agua es sometida a condiciones de reposo para facilitar la sedimentación de los sólidos sedimentables. , Después de este tratamiento el agua residual pasa al tratamiento secundario, con Biodiscos: o El proceso consiste en una serie de discos que giran entorno a un eje horizontal, situados dentro de un recipiente lleno de agua residual. Los discos giran lentamente para permitir el crecimiento de la biomasa sobre su superficie, manteniendo un 40% de su superficie sumergida. Cuando la superficie se encuentra en contacto con el aire, la biomasa adherida al mismo toma el oxígeno necesario para que durante el periodo de inmersión se produzca la degradación de la materia orgánica presente en el agua residual.
Para posteriormente completar el proceso de depuración en humedales.
9. MODELOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES (EDARis) PARA DIFERENTES SECTORES DE ACTIVIDADES.
Tratamiento de aguas residuales de la industria Láctea. En las centrales lecheras se producen diariamente una considerable cantidad de aguas residuales, que suelen oscilar entre 4 y 10 l de agua por cada litro de leche tratada, según el tipo de planta. La mayor parte de estas aguas proceden fundamentalmente de la limpieza de aparatos, máquinas y salas de tratamiento, por lo que contienen restos de productos lácteos y productos químicos (ácidos, álcalis, detergentes, desinfectantes, etc), aunque también se vierten aguas de refrigeración que, si no se recuperan de forma adecuada, pueden suponer hasta 2 o 3 veces la cantidad de leche que entra en la central. En estos residuos también quedan englobados los generados por locales, baños, lavabos, etc. Los cuales son vertidos a colectores municipales al igual que las aguas pluviales. Las tecnologías existentes para el tratamiento de este tipo de efluentes son muy amplias, pero podemos exponer de forma general los tratamientos habitualmente empleados:
a) Pretratamiento: a. Tamizado: Elimina los sólidos gruesos antes de la entrada en la planta depuradora.
b. Homogeneización y neutralización: este proceso suele ser imprescindible en la industria láctea, ya que al generarse durante los lavados aguas muy ácidas o muy alcalinas, podría provocar un vertido que impidiese cualquier tratamiento biológico posterior, además de cumplir los valores legales. Por ello se suelen instalar tanques de tiempo de retención grande en los cuales mezclan las aguas ácidas y alcalinas procedentes de la factoría, produciéndose una neutralización natural. En ocasiones esto no es suficiente para neutralizar los vertidos, por lo que se suelen emplear sistemas automáticos de adicción de ácido o álcali en función del pH del efluente. c. Desengrasado: este proceso es también muy importante en la industria láctea, la cual genera gran cantidad de grasas difíciles de desenmulsionar, por ello se suelen instalar tanques en los cuales se introduce aire en forma de burbujas finas por el fondo para ayudar a desemulsionar la grasa. La grasa formada en la superficie se suele empujar a una zona de remanso donde una rasqueta la retira a una canaleta y a un contenedor para retirarla a vertedero. b) Tratamiento Biológico: Para reducir la DBO a los valores legalmente admisibles no basta con los pretratamientos, es necesario recurrir a los tratameintos biológicos. a. Tratamiento Biologico aerobio (Fangos activos). Se basa en la descomposición de la materia orgánica por los microorganismos en presencia de oxigeno. Son sistemas adaptables a una gran variedad de vertidos y bastante flexibles. Tienen como inconvenientes importantes la generación de gran cantidad de lodos y un importante gasto energético para proporcionar el oxigeno necesario para la fermentación.
Los fangos son almacenados y posteriormente se reduce el volumen mediante un proceso de espesamiento mediante una centrífuga y posteriormente tratados como un residuo.
Tratamiento de aguas residuales de una Industria conservera.
La fábrica presentada posee una línea de producción de mejillón la cual se esquematiza a continuación: 1. Línea de producción de mejillón: La producción de mejillón se efectúa generalmente a partir de mejillón fresco recogido en la propia ría, para la elaboración de las diversas presentaciones del mejillón, se sigue el siguiente procedimiento:
Flujos de aporte de agua y de evacuación de efluentes en la línea de producción del mejillón.
El mejillón entra en la fábrica en camiones que descargan su mercancía en una tolva exterior al edificio, desde donde se transportan mediante una cinta. Caen en unos grandes tanques donde el agua de mar amortigua el choque, impidiendo que se rompa su concha. Posteriormente, en la máquina de desbarbado, se eliminan los cirros, algas y otros objetos adheridos a la concha, mediante unos rodillos que giran en direcciones opuestas, agarrando estos sólidos y arrancándolos de la misma. El movimiento de los mejillones a lo largo de esta máquina se produce mediante empuje por agua de mar. El proceso posterior es la cocción. Para ello se utiliza un autoclave longitudinal de flujo discontinuo de 300 litros de capacidad, que trabaja a 130 ºC en ciclos de 3 minutos de duración. A la salida del autoclave, los mejillones han alcanzado su punto de cocción, abriéndose y facilitando la separación de la vianda (cuerpo carnoso) de la concha. El cocedero expulsa 300 litros de agua dulce de alto contenido en materia grasa cada tres minutos a un depósito de expansión. El mejillón cae en un depósito de salmuera, donde por flotación se recoge la concha en un canal lateral auxiliar y se envía al depósito de residuos sólidos. La vianda es recogida del fondo del depósito y llevada por una cinta transportadora hasta otro depósito de agua dulce, eliminando así el sabor a sal que tendría el mejillón debido a su estancia en salmuera. De este segundo depósito, la vianda pasa a la freidora mediante una cinta horizontal de longitud suficiente para permitir que escurra y elimine la mayor cantidad de agua posible. La freidora es un baño de aceite de oliva por el que pasan los mejillones transportados por una cinta metálica. Para mantener el aceite a la temperatura adecuada existe un circuito de termostatización por agua. El mejillón sale de la
freidora mediante otra cinta que acaba en unas cajas donde se recoge y pasa a la línea de trabajo manual. En esta línea se separa la vianda por tamaños y se coloca en latas, introduciéndose la salsa y tapando las mismas posteriormente. Las latas una vez cerradas, son enjuagadas exteriormente para eliminar los posibles reboses de aceite. Después del enjuague las latas son enviadas a un segundo autoclave de flujo discontinuo, para su esterilización a 110 ºC entre 75 y 105 minutos, dependiendo del tamaño de la lata. Después de cada ciclo de esterilización el autoclave se lava con agua dulce para eliminar residuos. Las latas son llevadas a la línea de control y empaquetado, donde se realiza un lavado de las mismas con agua y detergente. Después de este lavado, las latas son recogidas por otra cinta transportadora colocándolas en el estuche y posteriormente se empaquetan en cajas para su envío a los puntos de venta. Además de estos procesos descritos, existe un consumo de agua dulce para limpieza y acondicionamiento de las instalaciones. Para la depuración de las aguas residuales, distinguiremos entre dos tipos de aguas residuales en función de su origen: las que no difieren de las aguas residuales urbanas (aseos, vestuarios, aguas pluviales) que podrán verterse al colector municipal, y aquellas que tras haber intervenido en el proceso de fabricación serán tratadas en fábrica. El tratamiento se diseñará en función de los contaminantes que se hayan introducido en el proceso de fabricación. La grasa es la principal causante de la alta DQO del efluente, se separarán los efluentes con alto contenido en grasa de los de bajo contenido. Tratamiento del efluente con alta concentración en grasas:
Canal de Entrada: Su misión será conducir el efluente hasta el sistema de tratamiento. Se construirá un bypass que desviará el efluente hacia el pozo de vertido, en caso de avería de la instalación. Desbaste de sólidos gruesos. Eliminará todas las partículas de gran tamaño que puedan influir en posteriores etapas del tratamiento, como escamas, pequeños trozos de algas, trozos de conchas…El sistema tiene una separación entre rejas de 5mm y limpieza automática. Regulación y homogeneización de caudales. Tendrá como función principal amortiguar las fluctuaciones horarias de caudal y homogeneizar las concentraciones que se producen durante el proceso de fabricación. En el interior del tanque se instalará un sistema de agitación que impedirá la decantación de sólidos, facilitar el mezclado y evitar la formación de zonas anaerobias en el tanque (balsa de 15 m2, tiempos de permanencia de 7 u 8 horas). Flotación de grasas. Es el elemento clave de esta línea de tratamiento. En el se eliminarán del efluente la mayor parte de las grasas, obteniéndose a su salida un
efluente preparado para ser vertido. La flotación de las grasas irá acompañada de la flotación de la materia sólida, además de la sedimentación de los sólidos de peso específico mayor que el agua por gravedad, con lo que la reducción de parámetros de vertido de este efluente se reducirán aún más. Se utiliza un sistema de flotación por aire inducido por cavitación., basado en la formación de burbujas de aire de un tamaño de entre 0,5 y 1 mm,que actúan directamente sobre el total de la masa de agua a clarificar. Este proceso puede ser implementado con la utilización de floculantes.
El agua de salida de este proceso irá al pozo de vertidos. Deshidratación de grasas. Las grasas flotadas en el tratamiento anterior arrastran consigo cierta cantidad de agua (aparte de otras sustancias contenidas en el efluente) y dadas las condiciones exigidas por el gestor autorizado de residuos para la aceptación de estas, será necesario reducir la cantidad de aguas, se realiza mediante centrifugación(tratamiento de unos 180 Kg/día). Tratamiento del efluente con baja cantidad de grasas.
El problema fundamental de este efluente es la cantidad de sólidos en suspensión. Esta alta concentración además de ser un problema en si mismo genera una importante DQO y DBO del efluente. Por tanto, la reducción de su concentración ayudará a reducir estos parámetros. Canal de entrada. Su misión es conducir el efluente hacia el sistema de tratamiento. Reja de Desbaste. Con la misma función que la de la línea anterior y de idéntica construcción.
Comentario [up33]: La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli (Principio de Bernoulli). Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.
Pozo de bombeo. Se construirá para mantener el caudal constante en el sistema de tamizado, el efluente tendrá un tiempo de permanencia en el pozo de unas 7 u 8 horas, al haber pasado el efluente por la reja de desbaste, no arrastrará sólidos grandes, de forma que la decantación en el pozo será mínima. Tamizado. La función del tamizado será eliminar del efluente los pequeños sólidos que contenga. El tamiz tendrá un sistema de limpieza en continuo para evitar obturaciones provocadas por la grasa y algunos sólidos que puedan quedarse adheridos. De este sistema de tratamiento el agua irá al pozo de Vertido.
Elementos comunes. Pozo de Vertidos. La unión de los dos efluentes antes de realizar el vertido, tiene como ventaja fundamental conseguir unas características aún mejores que si se efectuara por separado. Esto se debe a su ―complementariedad‖, de forma que mientras uno de los efluentes tiene como característica principal la gran cantidad de sólidos en suspensión, el otro destaca por su concentración de grasas y sus altas DBO y DQO. Para lograr este mezclado las dos líneas de tratamiento han sido diseñadas para que duren lo mismo (entre 7 y 7,5 horas la línea de alta concentración de grasas y 7,5 8 horas la del efluente de mayor concentración). A parte de estos dos efluentes este pozo será el destino de los bypass proyectados para ser utilizados en caso de avería, así como de las aguas residuales de tipo urbano
Emisario. El agua proveniente del pozo de vertido será enviada el mar . La forma de verter puede resultar clave para disminuir el efecto de los contaminantes en el mar. El vertido se realiza a una distancia considerable de la orilla (800-1000m). De esta forma se evitarán efectos como posibles olores o espumas.
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIA TRANSFORMADORA MEJILLÓN.
