Descripción Las aguas residuales son provenientes de tocadores, baños, regaderas o duchas, cocinas, etc; que son desechados a las alcantarillas o cloacas. En muchas áreas, las aguas residuales también incluyen algunas aguas sucias provenientes de industrias y comercios. La división del agua casera drenada en aguas grises y aguas negras negras es más comn en el mundo desarrollado, el agua negra es la que procede de inodoros y orinales y el agua gris, procedente de piletas y bañeras, puede ser usada en riego de plantas y reciclada en el uso de inodoros, donde se trans!orma en agua negra. "uchas aguas residual residuales es también también incluy incluyen en aguas aguas super!i super!ici ciales ales proced procedente entess de las lluvia lluvias. s. Las aguas aguas residu residuale aless municipales contienen descargas residenciales, comerciales e industriales, y pueden incluir el aporte de precipitaciones pluviales cuando se usa tuber#as de uso mi$to pluvial % residuales. Los sistemas de alcantarillado que trasportan descargas de aguas sucias y aguas de precipitación con&un con&untam tamente ente son llamado llamadoss sistem sistemas as de alcant alcantaril arillas las combin combinado ado.. La prácti práctica ca de constr construcc ucción ión de sistemas de alcantarillas combinadas es actualmente menos comn en los Estados 'nidos y (anadá que en el pasado, y se acepta menos dentro de las regulaciones del )eino 'nido y otros pa#ses europeos, as# como en otros pa#ses como *rgentina. +in embargo, el agua sucia y agua de lluvia son recolectadas y transportadas en sistemas de alcantarillas separadas, llamados alcantarillas sanitarias y alcantarillas de tormenta de los Estados 'nidos, y alcantarillas !étidas- y alcantarillas de agua super!icial- en )eino 'nido, o cloacas y conductos pluviales en otros pa#ses europeos. El agua de lluvia puede arrastrar, a través de los techos y la supe!icie de la tierra, varios contaminantes incluyendo part#culas del suelo, metales pesados, compuestos orgánicos, basura animal, aceites y grasa. *lgunas &urisdicciones requieren que el agua de lluvia reciba algunos niveles de tratamiento antes de ser descargada al ambiente. E&empl E&emplos os de proces procesos os de tratami tratamient entos os para para el agua agua de lluvia lluvia incluy incluyen en tanques tanques de sedimen sedimentaci tación, ón, humedales y separadores de vórtice para remover sólidos gruesos/. El sitio donde el proceso es conducido se llama 0lanta de tratamiento de aguas residuales. residuales . El diagrama de !lu&o de una planta de tratamiento de aguas residuales es generalmente el mismo en todos los pa#ses1
Tratamiento Tratamiento físico químico
)emoción de gas.
)emoción de arena.
0recipitación con o sin ayuda de coagulante s o !loculantes.
+eparación y !iltración de sólidos.
El agregado de cloruro !érrico ayuda a precipitar en gran parte a la remoción de !ós!oro y ayuda a precipitar biosólidos.
Tratamiento biológico
Lechos o$idantes o sistemas aeróbicos.
0ost 2 precipitación.
Liberación al medio de e!luentes, con o sin desin!ección segn las normas de cada &urisdicción.
3iodigestión anaerobia y humedales arti!iciales utili4a la materia orgánica biodegradable de las aguas residuales, como nutrientes de una población bacteriana, a la cual se le proporcionan condiciones controladas para controlar la presencia de contaminantes.
Tratamiento químico Este paso es usualmente combinado con procedimientos para remover sólidos como la !iltración. La combinación de ambas técnicas es re!erida en los Estados 'nidos como un tratamiento !#sico%qu#mico.
Eliminación del hierro del agua potable Los métodos para eliminar el e$ceso de hierro incluyen generalmente trans!ormación del agua clorada en una disolución generalmente básica utili4ando cal apagada; o$idación del hierro mediante el ion hipoclorito y precipitación del hidró$ido !érrico de la solución básica. "ientras todo esto ocurre el ion 5(l está destruyendo los microorganismos patógenos del agua.
Eliminación del o$#geno del agua de las centrales térmicas 0ara trans!ormar el agua en vapor en las centrales térmicas se utili4an calderas a altas temperaturas. (omo el o$#geno es un agente o$idante, se necesita un agente reductor como la hidra4ina para eliminarlo.
Eliminación de los !os!atos de las aguas residuales domésticas El tratamiento de las aguas residuales domésticas incluye la eliminación de los !os!atos. 'n método muy simple consiste en precipitar los !os!atos con cal apagada. Los !os!atos pueden estar presentes de muy diversas !ormas como el ion 6idrógeno !os!ato.
Eliminación de nitratos de las aguas residuales domésticas y procedentes de la industria +e basa en dos procesos combinados de nitri!icación y desnitri!icación que conllevan una producción de !ango en !orma de biomasa !ácilmente decantable.
Etapas del tratamiento 7ratamiento primario El tratamiento primario es para reducir aceites, grasas, arenas y sólidos gruesos. Este paso está enteramente hecho con maquinaria, de ah# conocido también como tratamiento mecánico. Remoción de sólidos
En el tratamiento mecánico, el a!luente es !iltrado en cámaras de re&as para eliminar todos los ob&etos grandes que son depositados en el sistema de alcantarillado, tales como trapos, barras, compresas, tampones, latas, !rutas, papel higiénico, etc. 8ste es el usado más comnmente mediante una pantalla rastrillada automati4ada mecánicamente. Este tipo de basura se elimina porque esto puede dañar equipos sensibles en la planta de tratamiento de aguas residuales, además los tratamientos biológicos no están diseñados para tratar sólidos. Remoción de arena
Esta etapa también conocida como escaneo o maceración/ t#picamente incluye un canal de arena donde la velocidad de las aguas residuales es cuidadosamente controlada para permitir que la arena y las piedras de ésta tomen part#culas, pero todav#a se mantiene la mayor#a del material orgánico con el !lu&o. Este equipo es llamado colector de arena. La arena y las piedras necesitan ser quitadas a tiempo en el proceso para prevenir daño en las bombas y otros equipos en las etapas restantes del tratamiento. *lgunas veces hay baños de arena clasi!icador de la arena/ seguido por un transportador que transporta la arena a un contenedor para la deposición. El contenido del colector de arena podr#a ser alimentado en el incinerador en un procesamiento de planta de !angos, pero en muchos casos la arena es enviada a un terraplén.
Investigación y maceración
El l#quido libre de abrasivos es pasado a través de pantallas arregladas o rotatorias para remover material !lotante y materia grande como trapos; y part#culas pequeñas como ch#charos y ma#4. Los escaneos son recolectados y podrán ser regresados a la planta de tratamiento de !angos o podrán ser dispuestos al e$terior hacia campos o incineración. En la maceración, los sólidos son cortados en part#culas pequeñas a través del uso de cuchillos rotatorios montados en un cilindro revolvente, es utili4ado en plantas que pueden procesar esta basura en part#culas. Los maceradores son, sin embargo, más caros de mantener y menos con!iables que las pantallas !#sicas. Sedimentación
"uchas plantas tienen una etapa de sedimentación donde el agua residual se pasa a través de grandes tanques circulares o rectangulares. Estos tanques son comnmente llamados clari!icadores primarios o tanques de sedimentación primarios. Los tanques son lo su!icientemente grandes, tal que los sólidos !ecales pueden situarse y el material !lotante como la grasa y plásticos pueden levantarse hacia la super!icie y desnatarse. El propósito principal de la etapa primaria es producir generalmente un l#quido homogéneo capa4 de ser tratado biológicamente y unos !angos o lodos que puede ser tratado separadamente. Los tanques primarios de establecimiento se equipan generalmente con raspadores conducidos mecánicamente que llevan continuamente los !angos recogido hacia una tolva en la base del tanque donde mediante una bomba puede llevar a éste hacia otras etapas del tratamiento.
7ratamiento secundario El tratamiento secundario está diseñado para degradar sustancialmente el contenido biológico del agua residual, el cual deriva de residuos humanos, residuos de alimentos, &abones y detergentes. La mayor#a de las plantas municipales utili4an procesos biológicos aeróbicos para este !in. Desbaste
(onsiste habitualmente en la retención de los sólidos gruesos del agua residual mediante una re&a, manual o autolimpiante, o un tami4, habitualmente de menor paso o lu4 de malla. Esta operación no sólo reduce la carga contaminante del agua a la entrada, sino que permite preservar los equipos como conducciones, bombas y válvulas, !rente a los depósitos y obstrucciones provocados por los sólidos, que habitualmente pueden ser muy !ibrosos1 te&idos, papeles, etc. Los !iltros de desbaste son utili4ados para tratar particularmente cargas orgánicas !uertes o variables, t#picamente industriales, para permitirles ser tratados por procesos de tratamiento secundario. +on !iltros t#picamente altos, !iltros circulares llenados con un !iltro abierto sintético en el cual las aguas residuales son aplicadas en una cantidad relativamente alta. El diseño de los !iltros permite una alta descarga hidráulica y un alto !lu&o de aire. En instalaciones más grandes, el aire es !or4ado a través del medio usando sopladores. El l#quido resultante está usualmente con el rango normal para los procesos convencionales de tratamiento. Fangos activos
Las plantas de !angos activos usan una variedad de mecanismos y procesos para usar o$#geno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que remueven substancialmente materia orgánica. 7ambién puede atrapar part#culas de material y puede, ba&o condiciones ideales, convertir amoniaco en nitrito y nitrato, y en ltima instancia a gas nitrógeno. Camas filtrantes (camas de oxidación
+e utili4a la capa !iltrante de goteo utili4ando plantas más vie&as y plantas receptoras de cargas más variables, las camas !iltrantes son utili4adas donde el licor de las aguas residuales es rociado en la super!icie de una pro!unda cama compuesta de coque carbón, piedra cali4a o !abricada especialmente de medios plásticos/. 7ales medios deben tener altas super!icies para soportar las biopeliculas que se !orman. El licor es distribuido mediante unos bra4os per!orados rotativos que irradian de un pivote central.
El licor distribuido gotea en la cama y es recogido en drenes en la base. Estos drenes también proporcionan un recurso de aire que se in!iltra hacia arriba de la cama, manteniendo un medio aerobio. Las pel#culas biológicas de bacterias, proto4oarios y hongos se !orman en la super!icie media y se comen o reducen los contenidos orgánicos. Esta biopel#cula es alimentado a menudo por insectos y gusanos. !lacas rotativas y es"irales
En algunas plantas pequeñas son usadas placas o espirales de revolvimiento lento que son parcialmente sumergidas en un licor. +e crea un !lóculo biotico que proporciona el substrato requerido. Reactor biológico de cama móvil
El reactor biológico de cama móvil "33), por sus siglas en inglés/ asume la adición de medios inertes en vasi&as de !angos activos e$istentes para proveer sitios activos para que se ad&unte la biomasa. Esta conversión hace como resultante un sistema de crecimiento. Las venta&as de los sistemas de crecimiento ad&unto son1
9/ "antener una alta densidad de población de biomasa :/ ncrementar la e!iciencia del sistema sin la necesidad de incrementar la concentración del licor me4clado de sólidos "L++/
=iltros aireados o anó$icos/ biológicos 3*=/ combinan la !iltración con reducción biológica de carbono, nitri!icación o desnitri!icación. 3*= incluye usualmente un reactor lleno de medios de un !iltro. Los medios están en la suspensión o apoyados por una capa en el pie del !iltro. El propósito doble de este medio es soportar altamente la biomasa activa que se une a él y a los sólidos suspendidos del !iltro. La reducción del carbón y la conversión del amoniaco ocurre en medio aerobio y alguna ve4 alcan4ado en un sólo reactor mientras la conversión del nitrato ocurre en una manera anó$ica. 3*= es también operado en !l>&o alto o !lu&o ba&o dependiendo del diseño especi!icado por el !abricante. Reactores biológicos de membrana
"3) es un sistema con una barrera de membrana semipermeable o en con&unto con un proceso de !angos. Esta tecnolog#a garanti4a la remoción de todos los contaminantes suspendidos y algunos disueltos. La limitación de los sistemas "3) es directamente proporcional a la e!ica4 reducción de nutrientes del proceso de !angos activos. El coste de construcción y operación de "3) es usualmente más alto que el de un tratamiento de aguas residuales convencional de esta clase de !iltros. Sedimentación secundaria
El paso !inal de la etapa secundaria del tratamiento es retirar los !lóculos biológicos del material de !iltro, y producir agua tratada con ba&os niveles de materia orgánica y materia suspendida. En una planta de tratamiento rural, se reali4a en el tanque de sedimentación secundaria.
7ratamiento terciario El tratamiento terciario proporciona una etapa !inal para aumentar la calidad del e!luente al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente receptor mar, r#o, lago, campo, etc./ "ás de un proceso terciario del tratamiento puede ser usado en una planta de tratamiento. +i la desin!ección se practica siempre en el proceso !inal, es siempre llamada pulir el e!luente. Filtración
La !iltración de arena remueve gran parte de los residuos de materia suspendida. El carbón activado sobrante de la !iltración remueve las to$inas residuales. #aguna$e
Esquema de una depuradora por laguna&e.
El tratamiento de lagunas proporciona el establecimiento necesario y !omenta la me&ora biológica de almacena&e en charcos o lagunas arti!iciales. +e trata de una imitación de los procesos de autodepuración que somete un r#o o un lago al agua residual de !orma natural. Estas lagunas son altamente aerobias y la coloni4ación por los macro!itos nativos, especialmente cañas, se dan a menudo. Los invertebrados de alimentación del !iltro pequeño tales como Daphnia y especies de )oti!era asisten grandemente al tratamiento removiendo part#culas !inas. El sistema de laguna&e es barato y !ácil de mantener pero presenta los inconvenientes de necesitar gran cantidad de espacio y de ser poco capa4 para depurar las aguas de grandes ncleos. Tierras %&medas construidas
Las tierras hmedas construidas incluyen camas de caña y un rango similar de metodolog#as similares que proporcionan un alto grado de me&ora biológica aerobia y pueden ser utili4ados a menudo en lugar del tratamiento secundario para las comunidades pequeñas, también para la !itoremediacion. 'n e&emplo es una pequeña cama de cañas o camas de lámina/ utili4ada para limpiar el drena&e del lugar de los ele!antes en el parque 4oológico de (hester en nglaterra. Remoción de nutrientes
Las aguas residuales pueden también contener altos niveles de nutrientes nitrógeno y !ós!oro/ que eso en ciertas !ormas puede ser tó$ico para peces e invertebrados en concentraciones muy ba&as por e&emplo amon#aco/ o eso puede crear condiciones insanas en el ambiente de recepción por e&emplo1 mala hierba o crecimiento de algas/. Las malas hierbas y las algas pueden parecer ser una edición estética, pero las algas pueden producir las to$inas, y su muerte y consumo por las bacterias decaimiento/ pueden agotar el o$#geno en el agua y as!i$iar los pesces y a otra vida acuática. (uando se recibe una descarga de los r#os a los lagos o a los mares ba&os, los nutrientes agregados pueden causar pérdidas entrópicas severas perdiendo muchos peces sensibles a la contaminación en el agua. La retirada del nitrógeno o del !ós!oro de las aguas residuales se puede alcan4ar mediante la precipitación qu#mica o biológica. La remoción del nitrógeno se e!ecta con la o$idación biológica del nitrógeno del amon#aco a nitrato nitri!icación que implica nitri!icar bacterias tales como ?itrobacter y ?itrosomonus/, y entonces mediante la reducción, el nitrato es convertido al gas nitrógeno desnitri!icación/, que se lan4a a la atmós!era. Estas conversiones requieren condiciones cuidadosamente controladas para permitir la !ormación adecuada de comunidades biológicas. Los !iltros de arena, las lagunas y las camas de lámina se pueden utili4ar para reducir el nitrógeno. *lgunas veces, la conversión del amon#aco tó$ico al nitrato solamente se re!iere a veces como tratamiento terciario. La retirada del !ós!oro se puede e!ectuar biológicamente en un proceso llamado retiro biológico real4ado del !ós!oro. En este proceso espec#!icamente bacteriano, llamadas 0olyphosphate que acumula organismos, se enriquecen y acumulan selectivamente grandes cantidades de !ós!oro dentro de sus células. (uando la biomasa enriquecida en estas bacterias se separa del agua tratada, los biosólidos bacterianos tienen un alto valor del !ertili4ante. La retirada del !ós!oro se puede alcan4ar también,
generalmente por la precipitación qu#mica con las sales del hierro por e&emplo1 cloruro !érrico/ o del aluminio por e&emplo1 alumbre/. El !ango qu#mico que resulta, sin embargo, es di!#cil de operar, y el uso de productos qu#micos en el proceso del tratamiento es costoso. *unque esto hace la operación di!#cil y a menudo sucia, la eliminación qu#mica del !ós!oro requiere una huella signi!icativamente más pequeña del equipo que la de retiro biológico y es más !ácil de operar. Desinfección
El propósito de la desin!ección en el tratamiento de las aguas residuales es reducir substancialmente el nmero de organismos vivos en el agua que se descargará nuevamente dentro del ambiente. La e!ectividad de la desin!ección depende de la calidad del agua que es tratada por e&emplo1 turbiedad, p6, etc./, del tipo de desin!ección que es utili4ada, de la dosis de desin!ectante concentración y tiempo/, y de otras variables ambientales. El agua turbia será tratada con menor é$ito puesto que la materia sólida puede blindar organismos, especialmente de la lu4 ultravioleta o si los tiempos del contacto son ba&os. @eneralmente, tiempos de contacto cortos, dosis ba&as y altos !lu&os in!luyen en contra de una desin!ección e!ica4. Los métodos comunes de desin!ección incluyen el o4ono, la clorina, o la lu4 'A. La (loramina, que se utili4a para el agua potable, no se utili4a en el tratamiento de aguas residuales debido a su persistencia. La desin!ección con cloro sigue siendo la !orma más comn de desin!ección de las aguas residuales en ?orteamérica debido a su ba&o historial de costo y del largo pla4o de la e!icacia. 'na desventa&a es que la desin!ección con cloro del material orgánico residual puede generar compuestos orgánicamente clorados que pueden ser carcinógenos o dañinos al ambiente. La clorina o las BcloraminasB residuales puede también ser capaces de tratar el material con cloro orgánico en el ambiente acuático natural. *demás, porque la clorina residual es tó$ica para especies acuáticas, el e!luente tratado debe ser qu#micamente desclorinado, agregándose comple&idad y costo del tratamiento. La lu4 ultravioleta 'A/ se está convirtiendo en el medio más comn de la desin!ección en el )eino 'nido debido a las preocupaciones por los impactos de la clorina en el tratamiento de aguas residuales y en la clorinación orgánica en aguas receptoras. La radiación 'A se utili4a para dañar la estructura genética de las bacterias, virus, y otros patógenos, haciéndolos incapaces de la reproducción. Las desventa&as dominantes de la desin!ección 'A son la necesidad del mantenimiento y del reempla4o !recuentes de la lámpara y la necesidad de un e!luente altamente tratado para asegurarse de que los microorganismos ob&etivo no están blindados de la radiación 'A es decir, cualquier sólido presente en el e!luente tratado puede proteger microorganismos contra la lu4 'A/. El o4ono 5< es generado pasando el 5: del o$#geno con un potencial de alto volta&e resultando un tercer átomo de o$#geno y que !orma 5<. El o4ono es muy inestable y reactivo y o$ida la mayor#a del material orgánico con que entra en contacto, de tal manera que destruye muchos microorganismos causantes de en!ermedades. El o4ono se considera ser más seguro que la clorina porque, mientras que la clorina que tiene que ser almacenada en el sitio altamente venenoso en caso de un lan4amiento accidental/, el o4ono es colocado segn lo necesitado. La o4oni4ación también produce pocos subproductos de la desin!ección que la desin!ección con cloro. 'na desventa&a de la desin!ección del o4ono es el alto costo del equipo de la generación del o4ono, y que la cuali!icación de los operadores deben ser elevada.
