Aguas residuales

Industriales. Tratamiento. Contaminación: causas. Contaminantes. Fuentes y control. Vertidos de petróleo. Depuración biológica. Aireación

  • Enviado por: Juan José Juarez
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 22 páginas
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TRATAMIENTO

DE

AGUAS RESIDUALES.

INDICE:

  • CAUSAS Y DEFINICION DE CONTAMINACION DE AGUAS.

  • TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.

  • TRABAJO DE INVESTIGACION.

  • Contaminación del agua,: Incorporación al agua de materias extrañas como microorganismos, productos químicos, residuos industriales y de otros tipos, o aguas residuales. Estas materias deterioran la calidad del agua y la hacen inútil para los usos pretendidos.

    Principales contaminantes

    Los principales contaminantes del agua son los siguientes:

    Aguas residuales y otros residuos que demandan oxígeno (en su mayor parte materia orgánica, cuya descomposición produce la desoxigenación del agua).

    Agentes infecciosos.

    Nutrientes vegetales que pueden estimular el crecimiento de las plantas acuáticas. Éstas, a su vez, interfieren con los usos a los que se destina el agua y, al descomponerse, agotan el oxígeno disuelto y producen olores desagradables.

    Productos químicos, incluyendo los pesticidas, varios productos industriales, las sustancias tensioactivas contenidas en los detergentes, y los productos de la descomposición de otros compuestos orgánicos.

    Petróleo, especialmente el procedente de los vertidos accidentales.

    Minerales inorgánicos y compuestos químicos.

    Sedimentos formados por partículas del suelo y minerales arrastrados por las tormentas y escorrentías desde las tierras de cultivo, los suelos sin protección, las explotaciones mineras, las carreteras y los derribos urbanos.

    Sustancias radiactivas procedentes de los residuos producidos por la minería y el refinado del uranio y el torio, las centrales nucleares y el uso industrial, médico y científico de materiales radiactivos.

    El calor también puede ser considerado un contaminante cuando el vertido del agua empleada para la refrigeración de las fábricas y las centrales energéticas hace subir la temperatura del agua de la que se abastecen.

    Efectos de la contaminación del agua

    Los efectos de la contaminación del agua incluyen los que afectan a la salud humana. La presencia de nitratos (sales del ácido nítrico) en el agua potable puede producir una enfermedad infantil que en ocasiones es mortal. El cadmio presente en los fertilizantes derivados del cieno puede ser absorbido por las cosechas; de ser ingerido en cantidad suficiente, el metal puede producir un trastorno diarreico agudo así como lesiones en el hígado y los riñones. Hace tiempo que se conoce o se sospecha de la peligrosidad de sustancias inorgánicas como el mercurio, el arsénico y el plomo.

    Los lagos son especialmente vulnerables a la contaminación. Hay un problema, la eutrofización, que se produce cuando el agua se enriquece de modo artificial con nutrientes, lo que produce un crecimiento anormal de las plantas. Los fertilizantes químicos arrastrados por el agua desde los campos de cultivo pueden ser los responsables. El proceso de eutrofización puede ocasionar problemas estéticos, como mal sabor y olor, y un acúmulo de algas o verdín desagradable a la vista, así como un crecimiento denso de las plantas con raíces, el agotamiento del oxígeno en las aguas más profundas y la acumulación de sedimentos en el fondo de los lagos, así como otros cambios químicos, tales como la precipitación del carbonato cálcico en las aguas duras. Otro problema cada vez más preocupante es la lluvia ácida, que ha dejado muchos lagos del norte y el este de Europa y del noreste de Norteamérica totalmente desprovistos de vida.

    Fuentes y control

    Las principales fuentes de contaminación acuática pueden clasificarse como urbanas, industriales y agrícolas.

    La contaminación urbana está formada por las aguas residuales de los hogares y los establecimientos comerciales. Durante muchos años, el principal objetivo de la eliminación de residuos urbanos fue tan sólo reducir su contenido en materias que demandan oxígeno, sólidos en suspensión, compuestos inorgánicos disueltos (en especial compuestos de fósforo y nitrógeno) y bacterias dañinas. En los últimos años, por el contrario, se ha hecho más hincapié en mejorar los medios de eliminación de los residuos sólidos producidos por los procesos de depuración. Los principales métodos de tratamiento de las aguas residuales urbanas tienen tres fases: el tratamiento primario, que incluye la eliminación de arenillas, la filtración, el molido, la floculación (agregación de los sólidos) y la sedimentación; el tratamiento secundario, que implica la oxidación de la materia orgánica disuelta por medio de cieno biológicamente activo, que seguidamente es filtrado; y el tratamiento terciario, en el que se emplean métodos biológicos avanzados para la eliminación del nitrógeno y métodos físicos y químicos, tales como la filtración granular y la adsorción por carbono activado. La manipulación y eliminación de los residuos sólidos representa entre un 25 y un 50% del capital y los costes operativos de una planta depuradora.

    Las características de las aguas residuales industriales pueden diferir mucho tanto dentro de como entre las empresas. El impacto de los vertidos industriales depende no sólo de sus características comunes, como la demanda bioquímica de oxígeno, sino también de su contenido en sustancias orgánicas e inorgánicas específicas. Hay tres opciones (que no son mutuamente excluyentes) para controlar los vertidos industriales. El control puede tener lugar allí donde se generan dentro de la planta; las aguas pueden tratarse previamente y descargarse en el sistema de depuración urbana; o pueden depurarse por completo en la planta y ser reutilizadas o vertidas sin más en corrientes o masas de agua.

    La agricultura, el ganado comercial y las granjas avícolas, son la fuente de muchos contaminantes orgánicos e inorgánicos de las aguas superficiales y subterráneas. Estos contaminantes incluyen tanto sedimentos procedentes de la erosión de las tierras de cultivo como compuestos de fósforo y nitrógeno que, en parte, proceden de los residuos animales y los fertilizantes comerciales. Los residuos animales tienen un alto contenido en nitrógeno, fósforo y materia consumidora de oxígeno, y a menudo albergan organismos patógenos. Los residuos de los criaderos industriales se eliminan en tierra por contención, por lo que el principal peligro que representan es el de la filtración y las escorrentías. Las medidas de control pueden incluir el uso de depósitos de sedimentación para líquidos, el tratamiento biológico limitado en lagunas aeróbicas o anaeróbicas, y toda una serie de métodos adicionales.

    Contaminación marina

    Se estima, cautelosamente, que en las aguas costeras de Estados Unidos se vierten más de 45 millones de toneladas anuales de residuos contaminantes. Los residuos producidos por dragados representan alrededor de un 80% del total, un 10% son residuos industriales y un 9% es cieno procedente de las aguas residuales. La presencia de sustancias tóxicas, la rápida absorción de los contaminantes por parte de los organismos marinos, los grandes depósitos de materiales en el medio ambiente del fondo costero y el crecimiento excesivo de organismos indeseables tienen consecuencias muy serias. En el Reino Unido, el vertido de residuos industriales en las aguas costeras terminó a finales de 1992. Por lo que se refiere a los demás tipos de residuos vertidos en el mar, la media anual estimada durante el período 1981 -1994 fue de 39.676.000 toneladas. Del total, un 22% era cieno procedente de aguas residuales y un 78% (un 14% de grava y barro y un 64% de arena y sedimentos) se debía a los dragados (sobre todo de puertos y estuarios). En el Reino Unido está previsto poner fin a los vertidos de cieno residual antes de finales de 1998.

    Vertidos de petróleo (mareas negras)

    Las descargas accidentales y a gran escala de petróleo líquido son una importante causa de contaminación de las costas. Los casos más espectaculares de contaminación por crudos suelen estar a cargo de los superpetroleros empleados para transportarlos, pero hay otros muchos barcos que vierten también petróleo, y la explotación de las plataformas petrolíferas marinas supone también una importante aportación de vertidos. Se estima que de cada millón de toneladas de crudo embarcadas se vierte una tonelada. Entre las mayores mareas negras registradas hasta el momento se encuentran la producida por el petrolero Amoco Cádiz frente a las costas francesas en 1978 (1,6 millones de barriles de crudo) y la producida por el pozo petrolífero Ixtoc I en el golfo de México en 1979 (3,3 millones de barriles). El vertido de 240.000 barriles por el petrolero Exxon Valdez en el Prince William Sound, en el golfo de Alaska, en marzo de 1989, produjo, en el plazo de una semana, una marea negra de 6.700 km2 que puso en peligro la vida silvestre y las pesquerías de toda el área. Por el contrario, los 680.000 barriles vertidos por el Braer frente a la costa de las islas Shetland en enero de 1993 se dispersaron en pocos días por acción de las olas propias de unas tormentas excepcionalmente fuertes.

    Los vertidos de petróleo acaecidos en el golfo Pérsico en 1983, durante el conflicto Irán-Irak, y en 1991, durante la Guerra del Golfo, en los que se liberaron hasta 8 millones de barriles de crudo, produjeron enormes daños en toda la zona, sobre que se refiere a la todo por lo vida marina.

    Depuración de aguas, reciben este nombre los distintos procesos implicados en la extracción, tratamiento y control sanitario de los productos de desecho arrastrados por el agua y procedentes de viviendas e industrias. La depuración cobró importancia progresivamente desde principios de la década de 1970 como resultado de la preocupación general expresada en todo el mundo sobre el problema, cada vez mayor, de la contaminación humana del medio ambiente, desde el aire a los ríos, lagos, océanos y aguas subterráneas, por los desperdicios domésticos, industriales, municipales y agrícolas.

    Historia

    Los métodos de depuración de residuos se remontan a la antigüedad y se han encontrado instalaciones de alcantarillado en lugares prehistóricos de Creta y en las antiguas ciudades asirias. Las canalizaciones de desagüe construidas por los romanos todavía funcionan en nuestros días. Aunque su principal función era el drenaje, la costumbre romana de arrojar los desperdicios a las calles significaba que junto con el agua de las escorrentías viajaban grandes cantidades de materia orgánica. Hacia finales de la edad media empezaron a usarse en Europa excavaciones subterráneas privadas primero y, más tarde, letrinas. Cuando éstas estaban llenas, unos obreros vaciaban el lugar en nombre del propietario. El contenido de los pozos negros se empleaba como fertilizante en las granjas cercanas o era vertido en los cursos de agua o en tierras no explotadas.

    Unos siglos después se recuperó la costumbre de construir desagües, en su mayor parte en forma de canales al aire o zanjas en la calle. Al principio estuvo prohibido arrojar desperdicios en ellos, pero en el siglo XIX se aceptó que la salud pública podía salir beneficiada si se eliminaban los desechos humanos a través de los desagües para conseguir su rápida desaparición. Un sistema de este tipo fue desarrollado por Joseph Bazalgette entre 1859 y 1875 con el objeto de desviar el agua de lluvia y las aguas residuales hacia la parte baja del Támesis, en Londres. Con la introducción del abastecimiento municipal de agua y la instalación de cañerías en las casas llegaron los inodoros y los primeros sistemas sanitarios modernos. A pesar de que existían reservas respecto a estos por el desperdicio de recursos que suponían, los riesgos para la salud que planteaban y su elevado precio, fueron muchas las ciudades que los construyeron.

    A comienzos del siglo XX, algunas ciudades e industrias empezaron a reconocer que el vertido directo de desechos en los ríos provocaba problemas sanitarios. Esto llevó a la construcción de instalaciones de depuración. Aproximadamente en aquellos mismos años se introdujo la fosa séptica como mecanismo para el tratamiento de las aguas residuales domésticas tanto en las áreas suburbanas como en las rurales. Para el tratamiento en instalaciones públicas se adoptó primero la técnica del filtro de goteo (véase más abajo). Durante la segunda década del siglo, el proceso del cieno activado, desarrollado en Gran Bretaña, supuso una mejora significativa por lo que empezó a emplearse en muchas localidades de ese país y de todo el mundo. Desde la década de 1970, se ha generalizado en el mundo industrializado la cloración, un paso más dentro del tratamiento químico.

    Transporte de las aguas residuales

    Las aguas residuales son transportadas desde su punto de origen hasta las instalaciones depuradoras a través de tuberías, generalmente clasificadas según el tipo de agua residual que circule por ellas. Los sistemas que transportan tanto agua de lluvia como aguas residuales domésticas se llaman combinados. Generalmente funcionan en las zonas viejas de las áreas urbanas. Al ir creciendo las ciudades e imponerse el tratamiento de las aguas residuales, las de origen doméstico fueron separadas de las de los desagües de lluvia por medio de una red separada de tuberías. Esto resulta más eficaz porque excluye el gran volumen de líquido que representa el agua de escorrentía. Permite mayor flexibilidad en el trabajo de la planta depuradora y evita la contaminación originada por escape o desbordamiento que se produce cuando el conducto no es lo bastante grande para transportar el flujo combinado. Para reducir costes, algunas ciudades, por ejemplo Chicago, han hallado otra solución, al problema del desbordamiento: en lugar de construir una red separada, se han construido, sobre todo bajo tierra, grandes depósitos para almacenar el exceso de flujo, después bombeado al sistema cuando deja de estar saturado.

    Las instalaciones domésticas suelen conectarse mediante tuberías de arcilla, hierro fundido o PVC de entre 8 y 10 cm de diámetro. El tendido de alcantarillado, con tuberías maestras de mayor diámetro, puede estar situado a lo largo de la calle a unos 1,8 m o más de profundidad. Los tubos más pequeños suelen ser de arcilla, hormigón o cemento, y los mayores de cemento reforzado con o sin revestimiento. A diferencia de lo que ocurre en el tendido de suministro de agua, las aguas residuales circulan por el alcantarillado más por efecto de la gravedad que por el de la presión. Es necesario que la tubería esté inclinada para permitir un flujo de una velocidad de al menos 0,46 m por segundo, ya que a velocidades más bajas la materia sólida tiende a depositarse. Los desagües principales para el agua de lluvia son similares a los del alcantarillado, salvo que su diámetro es mucho mayor. En algunos casos, como en el de los sifones y las tuberías de las estaciones de bombeo, el agua circula a presión.

    Las canalizaciones urbanas acostumbran a desaguar en interceptadores, que pueden unirse para formar una línea de enlace que termina en la planta depuradora de aguas residuales. Los interceptadores y los tendidos de enlace, construidos por lo general de ladrillo o cemento reforzado, miden en ocasiones hasta 6 m de anchura.

    Naturaleza de las aguas residuales

    El origen, composición y cantidad de los desechos están relacionados con los hábitos de vida vigentes. Cuando un producto de desecho se incorpora al agua, el líquido resultante recibe el nombre de agua residual.

    Origen y cantidad

    Las aguas residuales tienen un origen doméstico, industrial, subterráneo y meteorológico, y estos tipos de aguas residuales suelen llamarse respectivamente, domésticas, industriales, de infiltración y pluviales.

    Las aguas residuales domésticas son el resultado de actividades cotidianas de las personas. La cantidad y naturaleza de las vertidos industriales es muy variada, dependiendo del tipo de industria, de la gestión de su consumo de agua y del grado de tratamiento que los vertidos reciben antes de su descarga. Una acería, por ejemplo, puede descargar entre 5.700 y 151.000 litros por tonelada de acero fabricado. Si se practica el reciclado, se necesita menos agua.

    La infiltración se produce cuando se sitúan conductos de alcantarillado por debajo del nivel freático o cuando el agua de lluvia se filtra hasta el nivel de la tubería. Esto no es deseable, ya que impone una mayor carga de trabajo al tendido general y a la planta depuradora. La cantidad de agua de lluvia que habrá que drenar dependerá de la pluviosidad así como de las escorrentías o rendimiento de la cuenca de drenaje.

    Un área metropolitana estándar vierte un volumen de aguas residuales de entre el 60 y el 80% de sus requerimientos diarios totales, y el resto se usa para lavar coches y regar jardines, así como en procesos como el enlatado y embotellado de alimentos.

    Composición

    La composición de las aguas residuales se analiza con diversas mediciones físicas, químicas y biológicas. Las mediciones más comunes incluyen la determinación del contenido en sólidos, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), la demanda química de oxígeno (DQO), y el pH.

    Los residuos sólidos comprenden los sólidos disueltos y en suspensión. Los sólidos disueltos son productos capaces de atravesar un papel de filtro, y los suspendidos los que no pueden hacerlo. Los sólidos en suspensión se dividen a su vez en depositables y no depositables, dependiendo del número de miligramos de sólido que se depositan a partir de 1 litro de agua residual en una hora. Todos estos sólidos pueden dividirse en volátiles y fijos, siendo los volátiles, por lo general, productos orgánicos y los fijos materia inorgánica o mineral.

    La concentración de materia orgánica se mide con los análisis DBO5 y DQO. La DBO5 es la cantidad de oxígeno empleado por los microorganismos a lo largo de un periodo de cinco días para descomponer la materia orgánica de las aguas residuales a una temperatura de 20 °C. De modo similar, el DQO es la cantidad de oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica por medio de dicromato en una solución ácida y convertirla en dióxido de carbono y agua. El valor de la DQO es siempre superior al de la DBO5 porque muchas sustancias orgánicas pueden oxidarse químicamente, pero no biológicamente. La DBO5 suele emplearse para comprobar la carga orgánica de las aguas residuales municipales e industriales biodegradables, sin tratar y tratadas. La DQO se usa para comprobar la carga orgánica de aguas residuales que, o no son biodegradables o contienen compuestos que inhiben la actividad de los microorganismos. El pH mide la acidez de una muestra de aguas residuales .Los valores típicos para los residuos sólidos presentes en el agua y la DBO5 del agua residual doméstica aparecen en la tabla adjunta. El contenido típico en materia orgánica de estas aguas es un 50% de carbohidratos, un 40% de proteínas y un 10% de grasas; el pH puede variar de 6,5 a 8,0.

    Aguas residuales

    No es fácil caracterizar la composición de los residuos industriales con arreglo a un rango típico de valores dado según el proceso de fabricación. La concentración de un residuo industrial se pone de manifiesto enunciando el número de personas, o equivalente de población (PE), necesario para producir la misma cantidad de residuos. Este valor acostumbra a expresarse en términos de DBO5. Para la determinación del PE se emplea un valor medio de 0,077 kg 5-días, 20 °C DBO por persona y día. El equivalente de población de un matadero, por ejemplo, oscilará entre 5 y 25 PE por animal.

    La composición de las infiltraciones depende de la naturaleza de las aguas subterráneas que penetran en la canalización. El agua de lluvia residual contiene concentraciones significativas de bacterias, elementos traza, petróleo y productos químicos orgánicos.

    Depuración de aguas residuales

    Los procesos empleados en las plantas depuradoras municipales suelen clasificarse como parte del tratamiento primario, secundario o terciario.

    Tratamiento primario

    Las aguas residuales que entran en una depuradora contienen materiales que podrían atascar o dañar las bombas y la maquinaria. Estos materiales se eliminan por medio de enrejados o barras verticales, y se queman o se entierran tras ser recogidos manual o mecánicamente. El agua residual pasa a continuación a través de una trituradora, donde las hojas y otros materiales orgánicos son triturados para facilitar su posterior procesamiento y eliminación.

    Cámara de arena

    En el pasado, se usaban tanques de deposición, largos y estrechos, en forma de canales, para eliminar materia inorgánica o mineral como arena, sedimentos y grava. Estas cámaras estaban diseñadas de modo que permitieran que las partículas inorgánicas de 0,2 mm o más se depositaran en el fondo, mientras que las partículas más pequeñas y la mayoría de los sólidos orgánicos que permanecen en suspensión continuaban su recorrido. Hoy en día las más usadas son las cámaras aireadas de flujo en espiral con fondo en tolva, o clarificadores, provistos de brazos mecánicos encargados de raspar. Se elimina el residuo mineral y se vierte en vertederos sanitarios. La acumulación de estos residuos puede ir de los 0,08 a los 0,23 m3 por cada 3,8 millones de litros de aguas residuales.

    Sedimentación

    Una vez eliminada la fracción mineral sólida, el agua pasa a un depósito de sedimentación donde se depositan los materiales orgánicos, que son retirados para su eliminación. El proceso de sedimentación puede reducir de un 20 a un 40% la DBO5 y de un 40 a un 60% los sólidos en suspensión.

    La tasa de sedimentación se incrementa en algunas plantas de tratamiento industrial incorporando procesos llamados coagulación y floculación químicas al tanque de sedimentación. La coagulación es un proceso que consiste en añadir productos químicos como el sulfato de aluminio, el cloruro férrico o polielectrolitos a las aguas residuales; esto altera las características superficiales de los sólidos en suspensión de modo que se adhieren los unos a los otros y precipitan. La floculación provoca la aglutinación de los sólidos en suspensión. Ambos procesos eliminan más del 80% de los sólidos en suspensión.

    Flotación

    Una alternativa a la sedimentación, utilizada en el tratamiento de algunas aguas residuales, es la flotación, en la que se fuerza la entrada de aire en las mismas, a presiones de entre 1,75 y 3,5 kg por cm2. El agua residual, supersaturada de aire, se descarga a continuación en un depósito abierto. En él, la ascensión de las burbujas de aire hace que los sólidos en suspensión suban a la superficie, de donde son retirados. La flotación puede eliminar más de un 75% de los sólidos en suspensión.

    Digestión

    La digestión es un proceso microbiológico que convierte el cieno, orgánicamente complejo, en metano, dióxido de carbono y un material inofensivo similar al humus. Las reacciones se producen en un tanque cerrado o digestor, y son anaerobias, esto es, se producen en ausencia de oxígeno. La conversión se produce mediante una serie de reacciones. En primer lugar, la materia sólida se hace soluble por la acción de enzimas. La sustancia resultante fermenta por la acción de un grupo de bacterias productoras de ácidos, que la reducen a ácidos orgánicos sencillos, como el ácido acético. Entonces los ácidos orgánicos son convertidos en metano y dióxido de carbono por bacterias. Se añade cieno espesado y calentado al digestor tan frecuentemente como sea posible, donde permanece entre 10 y 30 días hasta que se descompone. La digestión reduce el contenido en materia orgánica entre un 45 y un 60 por ciento.

    Desecación

    El cieno digerido se extiende sobre lechos de arena para que se seque al aire. La absorción por la arena y la evaporación son los principales procesos responsables de la desecación. El secado al aire requiere un clima seco y relativamente cálido para que su eficacia sea óptima, y algunas depuradoras tienen una estructura tipo invernadero para proteger los lechos de arena. El cieno desecado se usa sobre todo como acondicionador del suelo; en ocasiones se usa como fertilizante, debido a que contiene un 2% de nitrógeno y un 1% de fósforo.

    Tratamiento secundario

    Una vez eliminados de un 40 a un 60% de los sólidos en suspensión y reducida de un 20 a un 40% la DBO5 por medios físicos en el tratamiento primario, el tratamiento secundario reduce la cantidad de materia orgánica en el agua. Por lo general, los procesos microbianos empleados son aeróbicos, es decir, los microorganismos actúan en presencia de oxígeno disuelto. El tratamiento secundario supone, de hecho, emplear y acelerar los procesos naturales de eliminación de los residuos. En presencia de oxígeno, las bacterias aeróbicas convierten la materia orgánica en formas estables, como dióxido de carbono, agua, nitratos y fosfatos, así como otros materiales orgánicos. La producción de materia orgánica nueva es un resultado indirecto de los procesos de tratamiento biológico, y debe eliminarse antes de descargar el agua en el cauce receptor.

    Hay diversos procesos alternativos para el tratamiento secundario, incluyendo el filtro de goteo, el cieno activado y las lagunas.

    Filtro de goteo

    En este proceso, una corriente de aguas residuales se distribuye intermitentemente sobre un lecho o columna de algún medio poroso revestido con una película gelatinosa de microorganismos que actúan como agentes destructores. La materia orgánica de la corriente de agua residual es absorbida por la película microbiana y transformada en dióxido de carbono y agua. El proceso de goteo, cuando va precedido de sedimentación, puede reducir alrededor de un 85% la DBO5.

    Fango activado

    Se trata de un proceso aeróbico en el que partículas gelatinosas de cieno quedan suspendidas en un tanque de aireación y reciben oxígeno. Las partículas de cieno activado, llamadas floc, están compuestas por millones de bacterias en crecimiento activo aglutinadas por una sustancia gelatinosa. El floc absorbe la materia orgánica y la convierte en productos aeróbicos. La reducción de la DBO5 fluctúa entre el 60 y el 85 por ciento.

    Un importante acompañante en toda planta que use cieno activado o un filtro de goteo es el clarificador secundario, que elimina las bacterias del agua antes de su descarga.

    Estanque de estabilización o laguna

    Otra forma de tratamiento biológico es el estanque de estabilización o laguna, que requiere una extensión de terreno considerable y, por tanto, suelen construirse en zonas rurales. Las lagunas opcionales, que funcionan en condiciones mixtas, son las más comunes, con una profundidad de 0,6 a 1,5 m y una extensión superior a una hectárea. En la zona del fondo, donde se descomponen los sólidos, las condiciones son anaerobias; la zona próxima a la superficie es aeróbica, permitiendo la oxidación de la materia orgánica disuelta y coloidal. Puede lograrse una reducción de la DBO5 de un 75 a un 85 por ciento.

    Tratamiento avanzado de las aguas residuales

    Si el agua que ha de recibir el vertido requiere un grado de tratamiento mayor que el que puede aportar el proceso secundario, o si el efluente va a reutilizarse, es necesario un tratamiento avanzado de las aguas residuales. A menudo se usa el término tratamiento terciario como sinónimo de tratamiento avanzado, pero no son exactamente lo mismo. El tratamiento terciario, o de tercera fase, suele emplearse para eliminar el fósforo, mientras que el tratamiento avanzado podría incluir pasos adicionales para mejorar la calidad del efluente eliminando los contaminantes recalcitrantes. Hay procesos que permiten eliminar más de un 99% de los sólidos en suspensión y reducir la DBO5 en similar medida. Los sólidos disueltos se reducen por medio de procesos como la ósmosis inversa y la electrodiálisis. La eliminación del amoníaco, la desnitrificación y la precipitación de los fosfatos pueden reducir el contenido en nutrientes. Si se pretende la reutilización del agua residual, la desinfección por tratamiento con ozono es considerada el método más fiable, excepción hecha de la cloración extrema. Es probable que en el futuro se generalice el uso de estos y otros métodos de tratamiento de los residuos a la vista de los esfuerzos que se están haciendo para conservar el agua mediante su reutilización.

    Vertido del líquido

    El vertido final del agua tratada se realiza de varias formas. La más habitual es el vertido directo a un río o lago receptor. En aquellas partes del mundo que se enfrentan a una creciente escasez de agua, tanto de uso doméstico como industrial, las autoridades empiezan a recurrir a la reutilización de las aguas tratadas para rellenar los acuíferos, regar cultivos no comestibles, procesos industriales, recreo y otros usos. En un proyecto de este tipo, en la Potable Reuse Demonstration Plant de Denver, Colorado, el proceso de tratamiento comprende los tratamientos convencionales primario y secundario, seguidos de una limpieza por cal para eliminar los compuestos orgánicos en suspensión. Durante este proceso, se crea un medio alcalino (pH elevado) para potenciar el proceso. En el paso siguiente se emplea la recarbonatación para volver a un pH neutro. A continuación se filtra el agua a través de múltiples capas de arena y carbón vegetal, y el amoníaco es eliminado por ionización. Los pesticidas y demás compuestos orgánicos aún en suspensión son absorbidos por un filtro granular de carbón activado. Los virus y bacterias se eliminan por ozonización. En esta fase el agua debería estar libre de todo contaminante pero, para mayor seguridad, se emplean la segunda fase de absorción sobre carbón y la ósmosis inversa y, finalmente, se añade dióxido de cloro para obtener un agua de calidad máxima.

    Fosa séptica

    Un proceso de tratamiento de las aguas residuales que suele usarse para los residuos domésticos es la fosa séptica: una fosa de cemento, bloques de ladrillo o metal en la que sedimentan los sólidos y asciende la materia flotante. El líquido aclarado en parte fluye por una salida sumergida hasta zanjas subterráneas llenas de rocas a través de las cuales puede fluir y filtrarse en la tierra, donde se oxida aeróbicamente. La materia flotante y los sólidos depositados pueden conservarse entre seis meses y varios años, durante los cuales se descomponen anaeróbicamente.

    ARCILLA EXPANDIDA COMO MEDIO EN FILTROS BIOLOGICOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.

    INTRODUCCION:

    En el proceso de depuración de aguas residuales, tras el pretratamiento en el que se han eliminado los sólidos visibles mediante una labor de filtrado y desgaste, después de la depuración primaria en la que se elimina la materia no orgánica mediante el aporte de algún agente químico que provoca la decantación física de la materia no orgánica contenida en el agua, se efectúa la depuración secundaria, que actúa por reacciones y procesos biológicos sobre el agua contaminada, objeto de la depuración.

    A la fase de depuración secundaria entra el agua a tratar sin materia sólida, pero, sin embargo, no se ha producido ninguna disminución del contenido de materia orgánica. Para ello se efectúa una depuración biológica.

    La depuración biológica se basa en la intervención de microorganismos encargados de consumir la materia existente en el agua residual. De varios procesos de depuración biológica, el más eficiente y por lo tanto más extendido es el proceso de depuración mediante lechos de bacterias.

    En este sistema de depuración se proporciona un hábitat a los microorganismos encargados de la eliminación de la orgánica.

    La arcilla expandida es un medio soporte inerte óptimo para albergar estos microseres ávidos de materia orgánica, dadas su ligereza, porosidad, alta superficie especifica y alta resistencia al desgaste.

    VENTAJAS DE La DEPURACION BIOLOGICA CON LECHOS BACTERIANOS.

  • Altos rendimientos.

  • Menor espacio ocupado por La estación depuradora.

  • Menos costes de explotación y mantenimiento que en otros procesos de depuración biológica.

  • Menor consumo energético.

  • VENTAJAS DE La UTILIZACION DE ARCILLA EXPANDIDA COMO LECHO BACTERIANO.

  • Obtención de altos rendimientos en comparación con los obtenidos con los rellenos sintéticos.

  • Respecto a los ecosistemas, al tratarse de un material que no contamina ni en su proceso de fabricación ni en su colocación ni posteriormente en su vertido tras su utilización.

  • Rapidez y facilidad de instalación; se puede efectuar el suministro mediante camiones cisterna que bombean el material 60m3 en 4 horas.

  • Escasa mano de obra necesaria para La colocación y el almacenamiento.

  • Esquema básico de un proceso de depuración.

    Una depuradora tiene como misión tratar las aguas negras transportadas por las alcantarillas, colectores y emisarios, antes de su posterior vertido al cauce receptor para alcanzar La calidad de agua deseada según los usos previstos en dicho cauce.

    Las etapas por las que pasan las aguas negras para su tratamiento son las siguientes, en una estación depuradora tradicional:

  • Pretratamiento:

  • Esta etapa no afecta a La materia orgánica contenida en el agua residual. Se pretende con el pretratamiento La eliminación de materias gruesas, cuerpos gruesos y arenosos cuya presencia en el efluente perturbaría el tratamiento total y el funcionamiento eficiente de las maquinas, equipos e instalaciones de La estación depuradora.

    En el pretratamiento se efectúa un desbaste para La eliminación de las sustancias de tamaño excesivo y un tamizado para eliminar las partículas en suspensión. Un desarenado, para eliminar las arenas y sustancias sólidas densas en suspensión y un desengrasado para eliminar los aceites presentes en el agua residual así como elementos flotantes.

  • Decantación primaria.

  • Trata este proceso de retener las partículas disueltas o en suspensión en las aguas residuales que no han podido retenerse por razón de su finura o densidad en el pretratamiento. Se consigue La decantación, llamada primaria, dejando sedimentar estas partículas en decantadores diseñados para tal efecto.

    3.proceso con flujo ascendente.

    Tras este proceso hay sustancias que todavía podrían permanecer de forma estable en el agua por tiempo indefinido y por ello se lleva a cabo un proceso químico para convertir estas sustancias químicas en sedimentables. Se añade al agua residual un coagulante que hace que las partículas disueltas se agreguen unas a otras formando masas de dimensiones mayores, flòculos, que puedan separarse ya por sedimentación.

    4. depuración biológica.

    La eliminación de La materia orgánica que permanece en el agua y cuya separación por procesos fisico-quìmicos ha sido imposible, puede efectuarse mediante un proceso biológico. Este proceso biológico dentro de La depuración tiene como objeto la eliminación, estabilización o transformación de La materia orgánica presente en las aguas. Esto se logra mediante la actuación de microorganismos, bien realizando una acción metabólica transformando La materia orgánica en materia viva, o bien realizando una acción fisico-química de coagulación, decantación y arrastre de bacterias.

    En el proceso biológico se pone en contacto a microorganismos con La materia orgánica que trae el agua, procediendo los microseres al consumo de dicha materia orgánica. La depuración biológica se realiza en un reactor donde el microorganismo transforma el agua contaminada en agua depurada, productos volátiles y materia viva.

    Depuración con filtro biológico de arcilla expandida.

    El mecanismo de oxidación biológica consiste en le asimilación de La materia orgánica degradable biológicamente DBO por los microorganismos en presencia de oxigeno y de nutrientes.

    La depuración mediante filtro biológico se basa en La acción de los microorganismos aeróbicos, que adheridos a un a un medio de fijación, en este caso arcilla expandida, reciben el material orgánico transformándolo y formando una película biológica alrededor del árido.

    Esta película no debe tener mas de 3 mm de espesor ya que, para espesores mayores no se garantiza La llegada de oxigeno a las capas del medio. Al aumentar el espesor las capas más profundas entran en anaerobiosis produciéndose conjuntamente un desprendimiento de gases así como una rotura de La capa biológica, perdiéndose La adherencia entre La capa biológica y el medio poroso. Por este efecto se desprende La capa biológica formada siendo arrastrada por el agua residual.

    La oxidación se produce al hacer circular, a través de un medio poroso, aire y agua residual. La masa bacteriana permanece fija en el interior del reactor biológico y solo escapan los fangos en exceso manteniéndose el filtro aireado. Hay que tener en cuenta La precaución de someter periódicamente al material granular a limpieza. Posteriormente hay que conducir el agua tratada a un decantador para que sedimenten los flòculos.

    En este tipo de depuración el reactor biológico, además de su función tradicional desempeña una función de filtración. En este tipo a unos 40cm del fondo se produce una inyección de aire para fluidificar el lecho. Es en La zona de filtro donde se retienen los fangos producidos en el interior del reactor, así como las materias en suspensión presentes en el efluente a tratar. De esta forma el efluente tratado puede tratarse directamente sin necesidad de una decantación posterior. También hay que efectuar, en este caso periódicamente un lavado de los áridos de forma que se eliminen los fangos en exceso y las materias en suspensión.

    El agua residual se puede hacer pasar a través del lecho con flujo ascendente o descendente.

    En el primero, después de pasar el agua residual por el tratamiento primario, accede acede al reactor donde se va a hacer La depuración biológica dejándose caer el agua en forma de lluvia para que se distribuya de La forma más uniforme posible sobre una masa de material granular, de gran superficie especifica, en La que se encuentran los microorganismos depuradores albergados. El agua ya tratada biológicamente sale por La parte inferior del decantador.

    En el segundo de los casos, con flujo ascendente, se hace circular el agua de abajo hacia arriba, en La parte superior se va recogiendo el agua que ha pasado a través de La masa granular reduciendo paulatinamente su contenido en materia orgánica.

    OPERACIONES COMPLEMENTARIAS.

    AIREACION.

    Es preciso que haya una circulación de aire que garantice las condiciones aeróbicas en el proceso.

    Puede haber una aireación de tiro natural en La que el aire fluye de abajo a arriba por diferencia de las temperaturas aportando a La masa de lecho el oxigeno suficiente para mantener La microflora en un ambiente aeróbico. Diferencias de 6ºC producen corrientes de 18m3/m2h. , La cual se considera suficiente para mantener estas condiciones. Si no se puede conseguir este flujo de forma natural habrá que forzarlo artificialmente al menos a esta cantidad.

    LAVADO.

    Cada cierto tiempo y dependiendo del material granular hay que parar La actividad de reactor biológico y lavar con agua y aire a presión el árido. Por ello La elección de un material que sea resistente al desgaste que se va a producir es de suma importancia.

    Durante el proceso de lavado el reactor no esta operativo por eso es necesario alternar el lavado de estos para que no coincidan dos a La vez.

    Una vez finalizado el proceso de lavado, no se ha eliminado por completo La microfauna existente en las bolas de arcilla expandida por que sigue conservándose gran cantidad de ella en el interior de las bolas, pero si se ha comprobado que en La hora siguiente se reduce el rendimiento sensiblemente.

    El agua procedente del lavado del reactor contiene un alto contenido en materia orgánica por lo que tendrá que pasar directamente por La depuración primaria.

    El arranque de un reactor al no contener microorganismos tiene un rendimiento nulo, por lo que habrá que ayudarle a La formación de bacterias aportándole nutrientes, generalmente nitrógeno y fósforo.

    El material utilizado como soporte de microorganismos en este tipo de lechos fluidificados es un material granular caracterizado por los siguientes parámetros:

    • Talla efectiva.

    • Coeficiente de uniformidad.

    • Forma de los granos.

    • Friabilidad.

    • Porosidad.

    • Aptitud para La fluidificación.

    • Naturaleza de los materiales utilizados.

    Los granos utilizados serán gruesos (80-200 mm), medios (13-20 mm) y finos (3-6 mm) dependiendo de La clase de agua y de La calidad de los sólidos en suspensión se utilizaran unos sólidos u otros.

    CARACTERISTICAS FISICAS DE La ARCILLA EXPANDIDA PARA La DEPURACION DE AGUAS.

    Los parámetros físicos del material granular resultan ser, a fin de cuentas, un conjunto de condicionantes que influyen directamente en el rendimiento de La depuración a obtener con el empleo de lechos bacterianos. La DBO5 eliminada, en el paso del agua residual a través del lecho, depende de La naturaleza del agua a tratar, de las características del lecho y principalmente de las características del material de relleno.

    Como se dijo anteriormente es necesario que La masa filtrante tenga La mayor superficie especifica posible, pero esto hay que combinarlo con que también existan pasos suficientes para el aire y el agua.

    Según estudios realizados por La universidad de CRANFILED en Inglaterra las características de este material son:

    • Superficie especifica: 3.98 m2/cm3

    • Porosidad interna: 0.05 m3/m3

    • Porosidad externa: 0.3

    • Coeficiente de uniformidad: 1.33<1.5

    • Perdida al ácido: 1.4%

    • Desgaste: 1.5%

    • Friabilidad: 5.5%

    • Granulometría: 3-8mm

    • Densidad especifica del grano: 1550Kg/m3

    • Densidad aparente en monton: 750Kg/m3

    • Velocidad de sedimentación: 132-225mm/s

    • Velocidad mínima de fluidificación: 72-80m/h

    • Absorción de agua a las 24h: 10-15% (en peso)

    Otras características fundamentales del material de arcilla expandida son:

    1. -durabilidad y resistencia al fuego, punto de fusión: 1200ºC

    2- resistencia a los ciclos de hielo y deshielo.

    3- resistencia a los ataques químicos.

    4- resistencia a compresión de 20Kg/cm2

    5- el caudal de aire conseguido es de 20m3/m2h.

    BIBLIOGRAFIA.

    REVISTA MENSUAL "DYNA" MAYO-1998

    ENCICLOPEDIA ENCARTA DE MICROSOFT.

    TRATAMIENTO DE AGUAS INDUSTRIALES: aguas de proceso y residuales de Miguel Rigola Lapeña Boixareu editores.