Trabajo EDAR

EDAR Boadilla del Monte

EDAR Boadilla del Monte María Cañizares Muñoz

INDICE Introducción .................................................................................................................................. 2 Tratamiento De Agua .................................................................................................................... 4 Pretratamiento .......................................................................................................................... 4 Tratamiento primario ................................................................................................................ 6 Tratamiento biológico o secundario. ........................................................................................ 7 Tratamiento terciario ................................................................................................................ 9 Tratamiento de Fangos ............................................................................................................... 10 Espesamiento .......................................................................................................................... 10 Digestión ................................................................................................................................. 12 Deshidratación ........................................................................................................................ 13

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INTRODUCCIÓN Las aguas residuales, producidas tanto en el hogar como industrialmente, necesitan ser depuradas para mantener el equilibrio ambiental. Estas aguas sin tratar tienen una alta carga contaminante, una elevada carga orgánica y gran cantidad de nutrientes inorgánicos. Si fuesen vertidas al cauce sin tratar, podrían provocar grandes problemas como polución, eutrofización, aparición de afloramientos, contaminación de aguas subterráneas… Por ello, son recolectadas, transportadas y tratadas apropiadamente en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR). La función de las EDAR, es la de tratar el agua para que esta pueda ser devuelta al cauce en condiciones adecuadas. El tratamiento que se da en estas plantas, garantiza que el agua cumple con unas exigencias mínimas reguladas en la legislación (debe tener unos niveles adecuados de DBO5, DQO, sólidos en suspensión…). Los objetivos del tratamiento son: - Mineralización de la materia orgánica hasta CO2 y H2O. - Reducir o eliminar los contaminantes inorgánicos que pueden ser utilizados como nutrientes por microorganismos fotosintéticos (nitratos y fosfatos). - Eliminar, destruir o inactivar a microorganismos patógenos humanos y parásitos presentes en las aguas residuales. La capacidad de estas estaciones se mide mediante el concepto de habitante equivalente que la Directiva define como “la carga orgánica biodegradable con una demanda bioquímica de oxígeno de 5 días (DBO5) de 60 g de oxígeno por día”. Por lo tanto, conociendo el caudal de aguas residuales y su valor de DBO5, la población equivalente se determina mediante la siguiente expresión:

La E.D.A.R. de Boadilla del Monte (Imagen 1) está en funcionamiento desde 2002. En la actualidad, depura las aguas urbanas de una población de aproximadamente 70.000 habitantes equivalentes (aunque podría hacerlo para más de 100.000) y tiene una capacidad de 20.000 m3 de aguas residuales por día. Esta agua procede de la localidad de Boadilla del Monte, de la ciudad financiera y de un polígono industrial cercano. Los procesos que se dan en esta E.D.A.R. se pueden dividir en: - Tratamiento de aguas: en lo que se denomina línea de aguas. El agua sufre un pretratamiento, decantación primaria, tratamiento biológico, una decantación secundaria y, por último, es vertida al cauce. Parte de esta agua, se usa para riego o con fines industriales por lo que, después de todo esto, sufre un tratamiento terciario. 2

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Tratamiento de fangos en la llamada línea de fangos. Consiste en un espesamiento, una digestión anaerobia y una deshidratación de los fangos para que puedan ser aprovechados con otros fines.

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Tratamiento de gases: se usan para el calentamiento del digestor de fangos, y el exceso es eliminado en una antorcha.

Por tanto, el objetivo de estos tratamientos es la reducción en la máxima medida posible de la contaminación del vertido y su conversión en un vertido inocuo para el medio ambiente. Además, se pueden aprovechar los residuos obtenidos de la depuración para otros fines.

Imagen 1. Estacion Depuradora de Aguas Residuales de Boadilla del Monte.

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TRATAMIENTO DE AGUA El agua residual tratada la EDAR de Boadilla del Monte procede de la vertiente oriental y occidental de esta localidad. Llega a través de unos colectores en lámina libre hasta la zona de entrada, donde se encuentra un aliviadero de emergencia y una compuerta de aislamiento de la planta. El aliviadero de emergencia tiene como función evacuar el exceso de agua que pueda haber a causa de grandes lluvias o crecida del caudal. Esta cantidad de agua supera la capacidad de tratamiento y debe ser eliminada para no sobrecargar la estación. La compuerta de aislamiento (Imagen 2) tiene como objetivo aislar el colector de entrada de las aguas residuales de la EDAR. Imagen 2. Compuerta de aislamiento.

Los colectores en lámina libre, no son más que una serie de tubos desprovistos de cubierta en la parte superior. Así, esta zona se encuentra en contacto con el aire y en condiciones óxicas. Estos colectores suelen ir enterrados o a cotas inferiores a la de vertido final. Esto unido a que es una zona con escasa pendiente, obliga a incluir un sistema de bombeo del agua residual para que esta llegue a la EDAR y pueda ser tratada. Debido a que estos sistemas de bombeo son muy delicados es necesario implantar una serie de elementos de protección. Por ello, antes del bombeo se separan los grandes sólidos que puedan dañar los equipos.

Pretratamiento Consiste en una serie de procesos físicos cuya finalidad es la reducción de los sólidos gruesos y grasas que pueden dañar los equipos o producir distorsiones en el biorreactor (se eliminan los sólidos con un tamaño superior a 200 μm aproximadamente y la mayor parte de las grasas.). Comprende una serie de etapas como el pozo de gruesos, el desbaste, el tamizado, el desarenado y el desengrasado. El agua que ha llegado por los colectores va a parar a un pozo de gruesos (Imagen 3). Este tiene a la entrada una reja que impide la entrada de materiales demasiado grandes que romperían o atorarían el caudal de entrada a la planta. Los sólidos que escapan a estas rejas descienden por la acción de la fuerza gravedad. Para extraer estos residuos sólidos que llegan al pozo de gruesos, se usa una cuchara bivalva que es 4

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Imagen 3. Pozo de gruesos: reja, cuchara bivalva y contenedor de residuos.

A continuación, el agua es sometida a un proceso de desbaste, donde atraviesa una reja de gruesos y una de finos. La reja de gruesos tiene 50 mm de espesor y su finalidad es la eliminación de sólidos de gran tamaño tales como plásticos, ramas, pequeñas piedras, papeles,… La de finos tiene 25mm de espesor y es usada para la eliminación de residuos de menor tamaño. Todos los residuos obtenidos hasta aquí son eliminados de la línea de agua y vertidos a contenedores. El agua que ha pasado por estos tratamientos es, ahora, bombeada a la entrada de la planta donde va a seguir siendo pretratada. El siguiente paso es el tamizado, donde el agua es pasada por mallas de 1.5-2 mm que retienen solidos es suspensión mayores de ese tamaño. A continuación, llega la etapa de desarenado/desengrasado cuyo objetivo es la eliminación de partículas más pesadas que el agua y con un tamaño superior a 200 µm; y de grasas, aceites, espumas y materias flotantes más ligeras que el agua.

Imagen 4. Desarenado y desengrasado. Instalaciones y detalle de rasqueta.

El agua se dispone en dos balsas rectangulares que están aireadas. En estos colectores, se inyecta aire desde la parte inferior creando una corriente espiral de manera que permite la 5

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Tratamiento primario Es un proceso físico o fisicoquímico en el que se pretende eliminar los sólidos en suspensión que no han sido eliminados en el pretratamiento y parte de las partículas coloidales y disueltas. En este proceso se puede eliminar hasta un 60% de la DBO5 inicial del agua residual. Tras el desarenado y el desengrasado, el agua pasa al tanque de tratamiento primario. En la EDAR de Boadilla del Monte cuentan con dos decantadores circulares de 23 metros de diámetro y 3 metros de altura (Imagen 5). En la parte central tienen una corona de aquietamiento para evitar que se produzcan turbulencias que dificulten la sedimentación.

Imagen 5. Decantador primario.

En estos decantadores, el agua entra por el centro. Los flóculos grandes sedimentan por si solos. Además, hay un agitador que hace que los flóculos más pequeños se agreguen y así puedan sedimentar más fácilmente. Además, se pueden añadir productos químicos, como cloruro férrico o cal apagada, cuya función es favorecer la formación de flóculos y, por tanto, facilitar la sedimentación. El agua libre de partículas sólidas va rebosando por la parte superior, donde es recogida y llevada a los tanques de tratamiento biológico. Los flóculos o fangos sedimentados son recogidos en el fondo y llevados a la línea de fangos donde serán tratados en digestores como veremos más adelante. Además, las espumas, algunas grasas y materia flotante se evacuan a una arqueta, y de ahí a la cabecera de la planta.

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Tratamiento biológico o secundario. Está dirigido a la transformación de la materia orgánica, que se encuentra en forma coloidal o disuelta, en productos no contaminantes. Se persigue conseguir una DBO5 menor de 20 mg/l. Esta transformación es llevada a cabo por microorganismos capaces de degradar la materia orgánica, por ello, este es el tratamiento más importante desde el punto de vista biotecnológico. Los microorganismos van a usar esta materia orgánica para crecer y la transforman en nutrientes inorgánicos, gases y biomasa. Se produce un crecimiento rápido de los microorganismos, que en un principio están libres pero más tarde comienzan a aglutinarse para formar el flóculo que permitirá su sedimentación en el decantador secundario. Parte de estos fangos sedimentados serán recirculados para mantener una concentración adecuada de sólidos en el reactor. Intervienen todo tipo de organismos pero según las condiciones de operación predominara un tipo frente a otro. Los objetivos de este proceso son: - Degradación aerobia de la materia orgánica. - Recircularización de la biomasa El agua procedente del decantador primario y los fangos recirculados del decantador secundario, entran al reactor biológico (Imagen 6) a través de un canal de reparto que distribuye a cada reactor el caudal necesario. Estos reactores están divididos en zonas con presencia o ausencia de oxígeno, que permiten llevar a cabo los distintos procesos de eliminación de materia nitrogenada y fósforo. En la estación que nos ocupa, el proceso elegido es el sistema Phoredox que permite la eliminación de fósforo y nitrógeno.

Imagen 6: Reactor biologico.

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Eliminación de nitrógeno: a partir de la materia orgánica se produce amonificación, tanto en condiciones aerobias como anaerobias. Posteriormente, el NH4 se transforma en NO3 mediante nitrificación que se da en condiciones aerobias. Por último, la desnitrificación para formar N2 necesita condiciones anóxicas. En tanques con compartimentos separados como el que nos ocupa, se alternan las condiciones anóxicas y aerobias alternando así la desnitrificación y la nitrificación. Eliminación de fósforo: existen unas bacterias aerobias, bacterias poli-P, que en condiciones de estrés, inhiben su metabolismo respiratorio y metabolizan gránulos de poli P liberando fosfato al medio. Cuando las condiciones de estrés cesan y pasan a ser adecuadas, activan su metabolismo respiratorio y acumulan el fosfato libre en el medio. La captación de fosfato inorgánico siempre es mayor que la liberación de este, este método se denomina Overplus Uptake.

Cada reactor está dividido en siete zonas:  Zona I: anóxica. Es donde se incorpora el agua procedente del decantador primario junto con la recirculación de fangos. En esta zona es en la que se desnitrifican los nitratos, que entran en el reactor como consecuencia de la recirculación de los fangos, dando lugar a N2.  Zona II: anaerobia. En esta zona, se encuentran las bacterias poli-P aerobias que al estar en condiciones de estrés desprenden fósforo ya que hidrolizan sus reservas de polifosfato para obtener energía.  Zonas III y IV: anóxicas. Desnitrificación de nitratos contenidos en el agua.  Zonas V, VI y VII: aerobias. Aquí se completa la eliminación de DBO5, la nitrificación y la acumulación de fosfato en las bacterias poli-P. Como se puede observar, este tratamiento necesita un sistema de aireación y agitación para que haya aporte de oxígeno donde sea necesario y cierta homogeneización. En esta EDAR se usa un sistema de difusores de membrana. En resumen, en la zona de cabecera hay menos oxigeno porque hay menos aireación, por lo que habrá desnitrificación y desprendimiento de fósforo. En cambio, en la cola hay aireación por lo que hay captación de fósforo inorgánico y nitrificación. Una vez que la materia orgánica ha sido mineralizada, el contenido del tanque biológico pasa a un clarificador o decantador secundario que permite la separación del agua y el floculo. Existen dos decantadores circulares de 30 metros de diámetro y 4 metros de altura. El sistema es, básicamente, igual al de la decantación primaria: el agua entra en el decantador secundario y tras varias horas de reposo, los flóculos van sedimentando. Después, los fangos se aspiran del fondo, algunos se recirculan y el exceso pasa a la línea de fangos (Imagen 7); el agua rebosa por la parte superior. Aquí, el agua puede verterse al cauce con unos niveles de contaminación despreciables. En el cauce el agua continuará su proceso de autodepuración. Sin embargo, hay ocasiones en las

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Imagen 7. Esquema de la decantación secundaria.

Tratamiento terciario El objetivo perseguido por este tratamiento es la eliminación de sólidos en suspensión que no hayan sedimentado en la decantación secundaria (y la fracción orgánica asociada a ellos) eliminación de microorganismos patógenos, compuestos no biodegradables… En esta estación, el primer paso es una floculación o coagulación en la que se pretende, mediante la adición de reactivos químicos, agregar pequeñas partículas que hayan quedado en suspensión y no hayan sido sementadas en la decantación secundaria. A continuación, el agua pasa por filtros de arena y carbón. Esto hace que el agua quede libre de sustancias disueltas en el agua y de partículas en suspensión que no hubiesen sido eliminadas en la coagulación. Tras pasar por estos filtros pasa por otros de 0.05 µm para eliminar bacterias y parte de los virus. Por último, el agua pasa por una radiación ultravioleta para su completa desinfección. Esta radiación se da a través de una tubería cerrada. Esta agua, ya desinfectada, es almacenada en un depósito donde se hace un aporte de cloro antes de ser liberada para su uso en el riego. En este caso, la mayoría del agua que sale del tratamiento terciario se usa para el riego de los campos de la cuidad financiera de Boadilla del monte. Además, cabe destacar que durante este tratamiento terciario y antes de ser descargada a su punto de vertido, el agua sufre un proceso de eliminación de olores. Este proceso consiste en una lluvia acida con ácido sulfúrico, que neutraliza elementos básicos; una lluvia básica con hidróxido de sodio, que neutraliza los elementos ácidos; y, por último, un tratamiento con hipoclorito para ajustar el pH).

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TRATAMIENTO DE FANGOS En el proceso de depuración de aguas residuales se generan una serie de subproductos, los fangos, que es donde se concentra la contaminación eliminada. Por ello, es muy importante el tratamiento correcto de estos fangos. Podemos distinguir dos tipos de fangos: - Fangos primarios procedentes de la decantación primaria. No han sufrido tratamiento biológico por lo que son altamente inestables y putrescibles. - Fangos activos o fangos en exceso procedentes del tratamiento secundario. La materia orgánica de estos fangos está parcialmente descompuesta. Ambos son fangos con gran cantidad de agua, materia orgánica y microorganismos patógenos. Por ello, y como ya se ha comentado anteriormente, la línea de fango consta de un espesamiento, para reducir el agua y reducir así su volumen; una digestión anaerobia termófila, para evitar la putrefacción o fermentación; y, una deshidratación de los fangos para hacerlos manejables y transportables.

Imagen 8: Esquema de la línea de fangos

Espesamiento Los fangos, al tener un elevado contenido en agua, ocupan volúmenes importantes. Para disminuir los costes es necesario reducir al mínimo las instalaciones para el tratamiento de lodos. Este es el objetivo de este proceso, la eliminación de la mayor parte del agua para reducir el volumen de fango. Con ello se obtienen una serie de ventajas como la reducción del volumen 10

EDAR Boadilla del Monte María Cañizares Muñoz de los tanques de espesamiento mecánico, la reducción del calor requerido para la digestión anaerobia y la reducción de los equipos de deshidratación. En la estación de Boadilla del Monte, existen dos formas de espesamiento: - Espesamiento de los fangos por gravedad. Se trata de un tanque (Imagen 9) en el que se deja decantar a los fangos, el sobrenadante es decir, el agua, es enviado a cabecera (Imagen 8). Se usa fundamentalmente para los fangos primarios ya que son de mayor tamaño y decantan más fácilmente.

Imagen 9. Espesador por gravedad.

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Espesamiento mecánico de los fangos biológicos: los fangos activos en exceso son bombeados a unos espesadores rotativos (Imagen 10). Estos, mediante fuerza centrífuga, separan el agua del fango. El agua es enviada a cabecera (Imagen 8).

Imagen 10. Espesador mecánico rotativo.

Los fangos, una vez espesados, van a un pozo situado en el sótano del edificio donde se mezclan los fangos primarios con los biológicos formando lo que se llama el fango mixto. También aquí se encuentra el sistema de bombeo de dichos fangos al digestor.

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Digestión El objetivo de este proceso es disminuir el contenido de materia orgánica y eliminar los microorganismos patógenos que contiene. Se trata de un proceso anaerobio en el que intervienen varios tipos de microorganismos: bacterias productoras de ácido y bacterias productoras de metano. Las productoras de ácido transforman la materia orgánica en productos intermedios. Las bacterias productoras de metano actúan sobre estos productos intermedios transformándolos en gases y subproductos que están estabilizados. La digestión anaerobia tiene lugar en tres fases: - Licuefacción, los compuestos insolubles son hidrolizados y pasan a ser más simples y solubles. - Fermentación acida o acidogénesis: conversión en ácidos volátiles - Metanogénesis: conversión de estos ácidos en metano, CO2 y fango digerido. La digestión se realiza en tanques cerrados llamados digestores (Imagen 11). Durante el proceso hay que controlar determinados parámetros como: - La temperatura debe ser óptima; como es una digestión termófila se hace aproximadamente a 55ºC. Como los lodos espesados no se encuentran a esta temperatura hay que calentarlos. Para ello, hay un sistema de tuberías por las que circula agua caliente elevando la temperatura del digestor. Para calentar esta agua se usa parte del metano generado, el exceso se quema en una antorcha. El uso de la digestión termófila supone un mayor aporte calórico pero a cambio tiene otras ventajas como una mayor eliminación de patógenos, mayor deshidratación de los fangos y mayor producción de biogás. - El pH: la metanogénesis es inhibida a pH inferior a 6 ya que las bacterias metanógenas no son acidófilas. Por ello, habrá que mantener el pH próximo a la neutralidad o ligeramente básico. - Se trata de un proceso anaerobio por lo que hay que controlar la concentración de oxígeno. - Hay que controlar, además, el crecimiento y metabolismo de bacterias sulforreductoras ya que producen SH2 que es gas muy corrosivo y puede acarrear graves problemas para el funcionamiento de la planta.

Imagen 11. Digestor anaerobio.

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Deshidratación Con la deshidratación de persigue eliminar los fangos digeridos de la manera más práctica y menos costosa posible. Así, se pretende aumentar el porcentaje de materia seca para reducir el volumen al máximo. El fin es conseguir fangos deshidratados con un 25% en peso de materia seca que pueden ser usados en agricultura tras su compostaje. El fango que viene de la digestión se bombea a unas centrifugas (Imagen 12) en las que se añade un polielectrolito. En el interior del tambor, debido a la fuerza centrífuga, queda la parte más pesada, la sólida, que es arrastrada a la salida por un tornillo helicoidal que gira a distinta velocidad. El líquido que se obtiene se recircula a cabecera y la torta de fango pasa a una tolva de recogida donde se almacena para ser usada con otro fines.

Imagen 12. Centrifuga para la deshidratación

Tanto el edificio de pretratamiento del agua como en el de tratamiento de fangos cuentan con un sistema de eliminación de olores. En el primer caso, se trata de torres de contacto y en el segundo se trata de torres de lavado químico con ácido sulfúrico, hidróxido sódico e hipoclorito.

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