TEMA 4:

AGUAS RESIDUALES

1. TIPOS DE AGUAS RESIDUALES Y REDES DE SANEAMIENTO

• AGUAS BLANCAS

• AGUAS RESIDUALES URBANAS (ARU)

• AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES (ARI)

• AGUAS RESIDUALES AGRÍCOLAS

• CARACTERÍSTICAS Y COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES

• CAUDAL

• CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

• CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

• CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS

3. SISTEMAS DE DEPURACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES

• TÉCNICAS CONVENCIONALES (DURAS)

• PRETRATAMIENTO

• TRATAMIENTO PRIMARIO

• TRATAMIENTO SECUNDARIO

• TRATAMIENTO TERCIARIO

• TRATAMIENTO DE FANGOS

• TÉCNICAS DE BAJO COSTE (BLANDAS)

• LAGUNAJE

• FILTROS VERDES

• LECHOS DE TURBA

• BIODISCOS

• DEPURACIÓN EN PEQUEÑAS COMUNIDADES

4. DESTINO FINAL DEL AGUA Y FANGOS

1. TIPOS DE AGUAS RESIDUALES Y REDES DE SANEAMIENTO

Se clasifican las aguas residuales en función de su procedencia:

- AGUAS BLANCAS

Procedentes de la lluvia, del deshielo, de la limpieza urbana. Son aquellas aguas residuales cuyo contacto con actividades humanas ha sido mínimo y, por eso, están poco contaminadas.

- AGUAS RESIDUALES URBANAS (ARU)

También llamas aguas negras. Proceden mayoritariamente de la actividad doméstica. Su composición es bastante constante y contienen:

• detritus (heces, orina...)

• residuos domésticos (detergentes, jabones, grasas)

• gran cantidad de materia orgánica

• gran cantidad de microorganismos

- AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES (ARI)

Su composición es variadísima pudiendo contener casi de todo:

• productos químicos

• residuos biológicos

• metales

• areniscas

• ácidos

• grasa

• tóxicos

- AGUAS RESIDUALES AGRÍCOLAS

Provienen de explotaciones agrícolas o ganaderas y también de la escorrentía producida en los terrenos. Contienen:

• grandes cantidades de abonos y fertilizantes

• excrementos del ganado

• productos químicos presentes en los terrenos

Son 3 las razones que hacen importante una correcta evacuación y depuración de las aguas residuales:

1ª Se mejora la salud colectiva. Se eliminan y evitan muchas enfermedades transmitibles cuando las aguas residuales se evacuan adecuadamente.

2ª Se contribuye a la conservación el medio ambiente. Al depurar los vertidos se mejoran las condiciones de los cauces receptores.

3ª Se consigue un ahorro de un bien escaso. Al depurarse las aguas pueden reutilizarse para múltiples fines.

En principio, las redes de alcantarillado supusieron un gran avance en la evacuación controlable de las aguas residuales.

Actualmente, las redes de alcantarillado conducen las aguas residuales alas estaciones de tratamiento y depuración (EDAR). El nivel de contaminación de los vertidos a sido tan elevado que la capacidad de autodepuración de los cauces se ha visto sobrepasada y de ahí la necesidad de ayudar a la naturaleza en la limpieza del agua.

Las redes de saneamiento pueden ser:

- Unitarias: tratan todas las aguas residuales independientemente de su procedencia.

- Separativas: las aguas residuales en función de su procedencia se vierten a redes diferentes. Lo normal es que existan dos redes de saneamiento: la sanitaria y la pluvial. Esta segunda red recoge aguas muy poco contaminadas que pueden reutilizarse o verterse sin apenas tratamiento. Se colocan en poblaciones con un régimen importante de precipitaciones. En zonas muy industrializadas también puede haber dos redes de saneamiento, una recoge las aguas residuales urbanas y otras las industriales.

2. CARACTERÍSTICAS Y COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES

- CAUDAL

Fundamental para diseñar las EDAR y calcular la contaminación potencial.

El caudal está relacionado con el consumo de agua potable (AP)

Normalmente suele ser " 60-80% AP

La disminución del caudal se debe a:

• perdidas en las conducciones (red de distribución y red de saneamiento)

• consumo

• evaporación

• reciclaje industrial

Otra característica importante del caudal es su irregularidad temporal.

Hay dos tipos de variación del caudal frente al tiempo:

• A lo largo del día: picos de caudal máximo que se suelen corresponder con el consumo máximo de AP y el consiguiente desfase de tiempo que depende de la distancia a la que este la EDAR.

• A lo largo del año: esta variación está relacionada con la época de estiaje y de vacaciones.

• En épocas de bajas precipitaciones el caudal del agua residual va a disminuir en verano y en las zonas costeras de turismo (costa) el caudal de aguas residual aumentará en vacaciones (58% de la población española vive a menos de 50km del mar y suele recibir esta zona costera unos 40 millones de visitantes)

Para poder dimensionar las EDAR se utiliza una unidad especial habitante-equivalente (e-h) que es la carga contaminante generada por una persona en una vivienda normal.

e-h = DBO5 = 60g/día

Existen tablas que traducen cualquier actividad humana a esta unidad de contaminación (e-h)

Ej. Plaza de guardería: 0,5e-h

Cerdo granja = 3e-h

Vaca granja = 16,4e-h

Plaza hospital = 4e-h

- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

• Temperatura: ligeramente mayor a la del agua de suministro. Debido al agua caliente doméstica, a vertidos industriales que pueden elevar mucho la temperatura (la industria debe reducirla por ley antes del vertido)

Este incremento de temperatura puede favorecer el desarrollo de microorganismos indeseables.

• Color: gris en condiciones normales. En ausencia de oxígeno aparecen coloraciones negruzcas.

En aguas residuales industriales puede aparecer cualquier color.

• Olor: desagradable, aunque soportable.

En ausencia de oxígeno será fétido (se producen sulfuros)

• Turbidez: es debida a la materia en suspensión.

Variable aunque en aguas residuales urbanas es alrededor de 150NTU

• Conductividad: superior a las aguas de suministro. Ej. aguas potables alrededor de 600S/cm, aguas residuales entre 1.000 y 2.000S/cm

• Contenido en sólidos:

En aguas residuales urbanas el 0,1% son sólidos.

Los sólidos de un agua residual admiten varias calificaciones.

• Según su naturaleza química:

• Orgánicas: 50-80% de los sólidos totales (ST); proteínas, glúcidos y grasas; DBO5 índice de su contenido.

• Inorgánicas: 20-50% ST, grasa, arenas, arcillas, metales; no son biodegradables, son la fracción de ST que permanece en las cenizas tras su calcinación (550ºC)

• Según su sedimantabilidad:

• Sólidos en suspensión (SS): son los retenidos por el filtro; visibles a simple vista o al microscopio: aproximadamente son 1/3 de ST; pueden ser sedimentables (se eliminan en el desarenado) y coloidales (se eliminan en el tratamiento primario)

• Sólidos disueltos (SD): alrededor de 2/3 de ST; es difícil eliminarlos; requieren tratamientos específicos muy complejos a veces.

• Según su volatilidad:

• Fijos: permanecen tras una hora a 550ºC

• Volátiles: se vaporizan, SV = ST - SF

- CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

En general, la composición de las aguas residuales es variable, aunque las aguas residuales suelen ser más uniformes, pero las aguas residuales industriales pueden ser muy variables.

Vamos a estudiar dos grupos:

• Materia orgánica

• Composición inorgánica

- Materia orgánica: componente mayoritario de la fracción de sólidos de las agaus residuales.

En las aguas residuales urbanas esta formada fundamentalmente por:

• Excretas humanas (las más importante)

• Aceites y grasas: se depositan en superficie impidiendo la oxigenación del agua y el paso de la luz solar.

Se eliminan en el desengrasado.

• Tensioactivos: componentes de losa detergentes. (SAL y SAB, sulfonatos de alquilbenceno lineales o aromáticos)

Algunos son biodegradables y otros no.

Consumen oxígeno y forman espumas impidiendo el paso de la luz y la oxigenación del agua.

• Plaguicidas: en tasas altas impiden el desarrollo de la flora bacteriana que realiza el tratamiento secundario.

Se utilizan fundamentalmente 3 parámetros para medir el contenido de materia orgánica: DBO, DQO, COT.

• DBO5: Def. Cantidad de oxígeno necesaria para destruir o estabilizar y degradar la materia orgánica presente en una muestra de agua mediante la acción biológica.

Se suele medir la DBO5 y el resultado se expresa en mg de O2/l de agua tratada

La DBO5 se calcula en condiciones normalizadas (tiempo: 5 días, Temp 20ºC y oscuridad y con agitación)

Normalmente en 5 días se elimina 60-70% de la materia orgánica, la degradación total requeriría 20-28 días.

El valor de DBO nos indica la probabilidad de depuración biológica.

• DQO: Def. Cantidad de oxígeno (mg/l) a 150ºC necesario para oxidar una muestra de agua con un oxidante químico (K2Cr2O4) a 150ºC durante 2 horas.

La oxidación completa, se valora la materia orgánica y también la inorgánica. Por eso, DQO > DBO

> 0,5: agua residual tratable biológicamente.

Relación: 0,5 - 0,2: agua residual moderadamente tratable

biológicamente.

< 0,2: agua residual no biodegradable.

• COT: carbono orgánico total: mide la cantidad de carbono procedente de la materia orgánica.

Su valor suele ser algo superior a DBO5 y menor a la DQO.

Permite valorar mejor la muestra. No se suele medir en las EDAR pues precisa un material analítico complejo.

Para medir la eficacia de la EDAR se determinan DBO5 y DQO del agua a la entrada y a la salida de la EDAR.

Gases de las aguas residuales importante en las EDAR:

• O2 disuelto: su ausencia o valores bajos pueden originar malos olores.

Es necesario para la degradación aeróbica del tratamiento secundario. Aguas residuales urbanas alrededor de 1-3mg/l

• CH4 (metano): se genera como consecuencia de las fermentaciones anaerobias. No suele aparecer en las aguas residuales, pero deben tomarse precauciones pues si se forman bolsas en las redes de alcantarillado se pueden producir explosiones.

Si es importante en el tratamiento aerobio de los fangos (en la EDAR se produce y puede autoabastecerles de energía)

• H2S (sulfuro de hidrógeno): se genera a partir de compuestos azufrados, como consecuencia de la fermentación anaerobia de los microorganismos.

Produce olores muy desagradables que deben evitarse en el alcantarillado y en las EDAR.

- Compuestos inorgánicos: destacan por su importancia.

• pH: es importante para permitir el tratamiento secundario.

La depuración biológica requiere pH = 6-9.

Las aguas residuales urbanas cuelen tener un pH que ronda la neutralidad.

Las aguas residuales industriales pueden tener un pH muy variado.

Valores extremos de pH pueden originar la solubilización de los materiales que se pongan en contacto con las aguas residuales y la disociación de sustancias potencialmente tóxicas.

• Potencial redox: es la capacidad para captar o liberar electrones.

Alrededor de 400mV: medio muy oxidante.

De 200 a 100mV: medio poco oxidante.

< 50mV: medio reductor.

• Nitrógeno: en las aguas residuales urbanas proviene de la urea y de compuestos proteicos que se eliminan en las excreciones humanas. Alrededor de 40mg/l de nitrógeno y sobre 25mg/l de amoniaco libre. En las aguas residuales agrícolas aparece a partir de los abonos nitrogenados usados como fertilizantes.

Los compuestos nitrogenados se van oxidando hasta producir nitratos ( la urea se degrada produciendo amoniaco, que se oxida a nitritos (NO2-) y después hasta nitratos (NO3-))

El control de nitrógeno es esencial pues constituye un nutriente de primer orden para los microorganismos, algas y plantas, pudiendo sus valoras altas ocasionar problemas de eutrofización de las aguas.

• Fósforo: como el nitrógeno, es nutriente de primer orden de microorganismos, lagas y plantas.

Las aguas residuales urbanas tiene alrededor de 8mg/l de fosfatos.

Proceden de los detergentes (también pueden formar espumas que entorpecen la depuración al impedir la oxigenación de las algas y el paso de la luz)

• Alcalinidad: relacionada con el contenido de carbonatos (CO32-), bicarbonatos (HCO3-), hidróxidos (OH-)

En las aguas residuales urbanas depende del grado de alcalinidad de las aguas de suministro a la población.

En las aguas residuales industriales con valores extremos, las industrias están obligadas a neutralizar las aguas residuales antes de su vertido.

• Cloruros: en las aguas residuales urbanas proceden de las excreciones humanas. En zonas costeras su presencia puede deberse a infiltraciones de agua martina.

En concentraciones elevadas interfieren en la determinación de la DQO.

• Azufre: suele proceder de la degradación de las proteínas. En condiciones de anaerobiosis se generan tras el olor pútrido.

• Metales pesados: no suelen aparecer en las aguas residuales urbanas (Zn que forma parte de pañales y compresas)

Proceden de procesos industriales.

En bajas concentraciones los utilizan en su metabolismos los propios microorganismos.

En altas concentraciones se acumulan en las cadenas tróficas de las zonas de vertido (moluscos, peces, mariscos...) En las EDAR pueden acumularse en los fangos primarios impidiendo su uso posterior como abono. Son cinc, cadmio, mercurio, cobre, hierro, cromo, plomo, manganeso y níquel.

- CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS

Las aguas residuales tienen una gran cantidad de organismos (microscópicos o no) procedentes de las excretas de personas y animales.

Muchos de ellos son patógenos y pueden originar des de un simple proceso diarreico hasta enfermedades muy graves que pueden llegar a ser mortales como el cólera.

Las propias poblaciones que realizan el tratamiento secundario acaban a veces con estos organismos.

3. SISTEMAS DE DEPURACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES

Hay dos líneas de tratamientos de las aguas residuales: las tecnologías convencionales también denominadas “duras” (TD) y las tecnologías de bajo coste o “blandas” (TB)

Comparación entre ambos sistemas:

Tecnologías duras:

• Son tratamientos tecnificados y complejos y requieren personal más especializado.

• Consumen más energía.

• Requiere menor superficie.

• Son más rápidas, tratan más caudal de agua residual en menos tiempo.

• Mayor inversión inicial y mayor coste de explotación.

Tecnologías blandas:

• Intentan emular las condiciones naturales de autodepuración. Son menos tecnificadas y complejas y el personal tiene menores requerimientos formativos.

• Gasto energético menor

• Requiere superficies muco mayores.

• Mayores tiempos de depuración

• Menor inversión inicial y costes de explotación menores.

Hay tres factores que determinan la elección del sistema de depuración:

• precios

• disponibilidad de terreno

• número de h-e (con más de 105h-e se utilizan TD)

En España se aplican mayoritariamente las tecnologías duras.

A) TÉCNICAS CONVENCIONALES (DURAS)

Básicamente se realizan cuatro tratamientos:

- PRETRATAMIENTO

Su finalidad es eliminar los sólidos gruesos, arenas, gravas y grasas. Así se evitan muchos problemas en las instalaciones de las depuradoras: obstrucciones en las conducciones, averías en válvulas, en bombas...

Consiste en tres procesos: desbaste, desarenado y desengrase.

- Desbaste para eliminar sólidos de gran tamaño mediante filtración a través de rejas tamices sucesivamente de menor tamaño.

Distinto tamaño de rejas:

• Rejas de gruesos: 5-10cm de distancia entre barrotes.

• Rejas de finos: 2-5cm

• Tamices:1-0,1cm

Estas rejas se limpian automáticamente periódicamente.

- Desarenado elimina, gravas, areniscas y otros objetos pequeños que traspasan las rejas de desbaste.

En el tanque de desarenado Vagua " 30cm/s sedimentan materiales de diámetro mayor de 200m, los restos sedimentados se recogen mediante unas rasquetas de fondo y se pueden emplear como material de relleno en obras.

- Desengrase elimina las grasas y aceites de las aguas residuales.

Se disminuye la Vagua y se inyecta aire desde el fondo para que estas partículas afloren a la superficie y se recogen mediante rasquetas que las llevan a un sumidero.

Estas partículas requieren tratamientos especiales para eliminarlas.

Normalmente desarenado y desengrase se realizan en el mismo tanque salvo que la concentración de grasa sea muy elevada.

- TRATAMIENTO PRIMARIO

Son un conjunto de procesos para reducir el contenido de sólidos en suspensión de las aguas residuales.

Son cuatro procesos: eliminación de tóxicos, neutralización, coagulación-floculación y decantación primaria.

- Eliminación de tóxicos “tóxico toda sustancia o cualidad de aguas residuales que puede perjudicar a los microorganismos del tratamiento secundario y que deterioran el medio receptor.

La mayoría de los tóxicos procede de las aguas residuales industriales y son las industrias las que están obligadas a eliminarlos mediante procesos específicos. Si no llegan a las EDAR donde al juntarse con un gran volumen de agua residual llegan muy diluidos.

- Neutralización se ajusta el pH para facilitar la acción de los microorganismos del tratamiento secundario, pH = 6,5-8,5

Este proceso se realiza antes de la coagulación-floculación que también funciona mejor en este rango de pH.

Productos usados:

• Álcalis de uso común (pH ácidos < 6,5): sosa cáustica, carbonato de sodio, cal.

• Ácidos (pH básicos > 9): ácido clorhídrico, ácido sulfúrico.

- Coagulación-floculación es un tratamiento físico-químico para eliminar los sólidos coloidales inestabilizándolos y precipitándolos.

Sustancias químicas que se aplican:

• Coagulantes: suelen ser sales (cloruros y sulfatos) de hierro y aluminio. También pueden ser de cadmio y manganeso.

Inestabilizan las cargas electrolíticas de las partículas coloidales, restándoles movilidad y favoreciendo su agrupación.

Necesitan pH > 7, Dosis 300-500ppm

Requieren mucha agitación en una primera fase, por eso se aplican aprovechando turbulencias en la línea de tratamiento. Después requieren una fase más moderada para favorecer su efecto.

• Floculantes: agrupan las partículas inestabilizadoras en la coagulación en núcleos mayores que sedimentan con facilidad.

Las que más se utilizan son los “polielectrolito aniónico” (-).

Se usan en dosis más abajas que los coagulantes y deben mezclarse con el agua residual mediante agitación leve.

En el laboratorio se ensayan dosis diferentes de coagulantes y floculantes para ver cuales son las más eficaces.

El tiempo de retención del agua residual en este proceso (coagulación-floculación) variará de 10 a 30 minutos

- Decantación se deja reposar el agua residual para permitir la sedimentación de los cúmulos formados en la coagulación-floculación.

Se elimina 50-70% de ST y la DBO se reduce entre 25-40%.

El tiempo de permanencia en los decantadores varía de 30-60 minutos, se después de realiza tratamiento secundario y se debe aumentar si se trata de un volumen pequeño de agua residual o si se vierte después directamente. No es normal, se hace en caso de exceso de caudal, averías u obras en tratamientos posteriores.

Los decantadores suelen ser circulares y con fondo cónico, tiene una rasqueta de fondo que recoge los fangos y los lleva al centro del depósito para bombearlos a la línea de tratamiento de fangos.

También tiene una rasqueta de superficie que recoge las espumas y los sólidos flotantes vertiéndolas en un sumidero.

- TRATAMIENTO SECUNDARIO

Imita el proceso de autodepuración del agua en la naturaleza.

Consiste en poner en contacto el efluente procedente del tratamiento primario con una población microbiana (bacterias y protozoos) para que en condiciones óptimas de pH, temperatura, de luz y de oxigenación se acelere el metabolismo de la materia orgánica presente en el agua residual.

La biomasa degrada los compuestos orgánicos a inorgánicos (CO2, H2O, NH3, NO3-, SO42-, PO43-) y además compiten con los microorganismos patógenos de las aguas residuales eliminándoles en su gran mayoría.

Los dos factores que condiciona este proceso son:

• Superficie de contacto agua residual-microorganismos (deberá ser la mayor posible)

• La aportación de O2 para favorecer el desarrollo de los microorganismos que digieren la materia orgánica.

Son 2 los tratamientos secundarios: biomasa fija a un sustrato o en suspensión y decantación secundaria.

- Biomasa hay dos tipos:

a) Biomasa fija a un sustrato: se pueden distinguir dos tratamientos:

• Lechos filtrantes: filtros biológicos o filtros percoladores.

Son filtros similares a los de arena, pero con el material filtrante preparado para generar en su superficie una capa biológica (biofilm) de bacterias, algas, hongos y protozoos que en contacto con las aguas residuales a través de los poros del filtro degradan la materia orgánica.

El material filtrante puede ser:

• piedras de diámetro de poro aproximadamente de 10cm

• gravas de diámetro variado

• polímeros plásticos

La profundidad de los filtros es de aproximadamente 1-15m.

Generalmente el agua se pulveriza y cae por gravedad. Aunque en algunos filtros hay un flujo ascendente y funcionan por inundación.

Se inyecta oxígeno para mantener las condiciones aerobias.

El tiempo de retención del agua residual es de aproximadamente 2 horas.

Se obtiene un efluente de buena calidad y sólidos que precipitan fácilmente. Se disminuye la DBO5 alrededor del 90%.

• Biodiscos: son discos de gran tamaño parcialmente sumergidos en una balsa con agua residual y con movimiento de giro lento que provoca el contacto del agua residual y del aire con su superficie. Se produce así una capa biofilm sobre estos discos que degradan la materia orgánica.

Los biodiscos se diseñan con ondulaciones para conseguir la mayor superficie e contacto agua residual-biofilm.

No es necesario inyectar oxígeno.

Se usan en EDAR que tratan volúmenes pequeños.

b) Biomasa es suspensión o fangos activos.

La biomasa se suspende es el seno del agua residual inyectando oxígeno y agitación.

Se prepara el “licor de mezcla” agua residual procedente de la decantación primaria con fangos ricos en bacterias procedentes de la decantación secundaria (agua residual + 25% de fangos)

El tiempo de retención del agua residual es de 4-8 horas.

Los tanques de aireación suelen ser rectangulares y con un sistema de inyección de oxígeno (difusores de aire en el fondo y turbinas agitadoras en los tanques más antiguos)

Parámetros que se controlan:

• Oxígeno disuelto = 1-2mg/l mínimo

• Sólidos en suspensión del licor de mezcla = 6.000-7.000mg/l, informan de la masa de microorganismos. (aunque no todos los sólidos en suspensión son gérmenes) Conviene valores altos para mantener mayor capacidad de degradación.

• Sólidos volátiles en el licor de mezcla: nos da una idea de la materia orgánica del total de los sólidos en suspensión.

• Carga másica: Cm = (MS: materia seca del fango secundario, esta relacionada con la cantidad de microorganismos)

DBO5 y MS se mide en kg/día.

Este valor sirve para clasificar el sistema de depuración:

• alta carga: Cm = 0,4-0,5 o más

• media carga: Cm = 0,4-0,5 y 0,1-0,2

• baja carga Cm < 0,1-0,2

• muy baja carga: Cm < 0,07

• Carga volúmica: Cv = indica la DBO5 que se tiene que tratar por cada m3 de capacidad del reactor biológico.

Cv =

Clasificar EDAR:

• alta carga Cv > 1,5

• media carga 1,5 > Cv > 0,5

• baja carga Cv < 0,5

• Tiempo de retención hidráulica: tiempo que las aguas residuales permanecen en el reactor biológico. Las aguas residuales urbanas horas y las industriales hasta días. Depende del valor de Cv

• Edad del fango: tiempo de retención celular.

Es la relación entre la masa de fango en el reactor biológico y la masa extraída diariamente del mismo. Cuanto más baja es, mayor carga tendré de los fangos activados.

Me permite una clasificación de los fangos:

• fangos activos de alta carga: 12h-2días

• fangos activos de carga media:4-7días

• fangos activos de baja carga: 10 días

- Decantación secundaria se retiene el agua residual entre 6-8 horas para que los sólidos sedimenten y eliminarlos.

Suelen sedimentar más fácilmente.

DBO5 y sólidos en suspensión se reducen en 90% o más.

Gérmenes se reducen 90-95%, los patógenos hasta el 100%

El efluente puede verterse sin riesgo alguno.

Si se desea reutilizar el agua deberá tratarse adicionalmente según el uso que se le quiera dar.

- TRATAMIENTO TERCIARIO

Elimina contaminantes concretos para mejorar la calidad del agua.

Normalmente se aplica cuando debemos cumplir por obligación requisitos especiales de vertido o de reutilización.

No siempre se aplica tras el tratamiento secundario, puede intercalarse entre los procesos del propio tratamiento secundario, depende de las características del agua residual.

Puede haber procesos muy variados los principales son:

- Desinfección hay dos tipos:

• Química: cloración o ozonización:

• Ozonización: es más caro, no es habitual.

• Cloración: la más habitual, elimina gérmenes y muchos tóxicos

(CN-, S2-) y materia orgánica (DBO5 baja) Problemas: formación de cloroaminas.

• Física: hay tres tipos:

• UV: requiere bajo contenido de sólidos en suspensión para ser eficaz.

•  : caro y solo rentable para volúmenes muy grandes.

• Ósmosis inversa: buen método de desinfección, pues elimina hasta virus.

- Técnicas de afino consisten en eliminar sólidos en suspensión y la DBO5 rebajarla mediante inyección de oxígeno y filtración a través de arena.

- Eliminación de nitrógeno se realiza por microorganismos.

En dos fases: nitrificación (aerobia) y desnitrificación (anaerobia)

• Nitrificación: nitrosomonas, bacterias que oxidan el nitrógeno amoniacal a nitrito NO2- y nitratobacter que oxidan el nitrito a nitrato NO3-.

• Desnitrificación: bacterias desnitrificantes (anaerobias) transforman el NO3- a N2 gas.

Este proceso se suele realizar en un reactor anaerobio colocado inmediatamente antes que el tratamiento biológico.

- Eliminación de fósforo suele ser mayor el contenido en fósforo inorgánico, que fósforo orgánico (lo utilizan las bacterias)

el fósforo inorgánico se precipita con sale de aluminio, hierro y calcio (son las mismas que en el tratamiento terciario) y mucho se elimina durante el tratamiento de coagulación-floculación.

- Adsorción se eliminan materia disuelta, moléculas orgánicas, detergentes, hidrocarburos, colorantes, pesticidas, fenoles, trazas de metales pesados. También se eliminan malos olores.

Absorbentes utilizados: carbón activo, silicagel, acrilatos, poliestireno.

- Intercambio iónico para eliminar iones contaminantes sustituyéndolos mediante resinas por iones inocuos: Na+, K+, H+.

- Técnicas de membrana para eliminar materia disuelta, moléculas orgánicas, iones, agua e incluso virus.

Se usan distintos tipos de membranas y con distinto diámetro de poro.

Existe la ultra filtración, nanofiltración y microfiltración. Solo cambia de una a otras el diámetro de poro de la membrana.

Para filtrar se aplican presiones bajas sobre el agua residual.

• Diálisis: el paso por la membrana se realiza por diferencia de concentración.

• Electrodiálisis: la fuerza de paso a través de la membrana es la diferencia de potencial. Desmineraliza sin eliminar materia orgánica.

• Ósmosis inversa: requiere una presión externa sobre la membrana. Tiene el diámetro de poro menor de todas estas técnicas.

- TRATAMIENTO DE FANGOS

Se generan en la decantación primaria y secundaria.

Hay cuatro objetivos perseguidos:

1º Reducir su volumen, se elimina el agua que contienen.

2º Disminuir su capacidad fermentativa que los hace inaplicables directamente.

3º Hacerlos manejables.

4º Reducir los costes de transporte y reutilización y de eliminación.

Se realizan seis procesos en el tratamiento de fangos:

- Concentración eliminar agua de los fangos. Hay tres métodos:

• Espesamiento por gravedad (decantación)

• Flotación (cuando los fangos contienen partículas menos densas que el agua.

Se inyecta aire desde el fondo para hacer flotar las partículas y en superficie se eliminan mediante rasquetas.

c) Centrifugación: acelerar la decantación.

- Digestión se elimina materia orgánica para estabilizar los fangos. Hay dos métodos:

• Aerobia: requiere aporte de oxígeno y eso encarece el proceso. Solo se realiza en plantas pequeñas.

Productos finales: CO2, H2O, NO3-, sales minerales.

Factores que condicionan a las bacterias [O2], temperatura y pH.

• Anaerobia: se obtiene un fango más mineralizado, con menos sólidos volátiles de olor intenso y con una reducida carga de agentes patógenos.

También se obtiene biogás (CO2-CH4) del que se usa para calentar el digestor.

Se realiza en dos fases:

• Fermentación ácida: bacterias facultativas, se generan ácidos orgánicos, alcoholes, CO2 e hidrógeno.

• Fermentación metónica: fase estrictamente anaerobia (con los productos anteriores se genera biogás (CO2-CH4)

Condiciones:

• Temperatura = 25-45ºC

• pH = 6-8

• Ausencia de oxígeno y tóxicos (CN-, iones metálicos y compuestos organoclorados)

• Agitación intermitente

• Carga biológica (bacterias)

- Estabilización química mejora las condiciones de filtración, reduce los patógenos, reduce olores y la capacidad fermentativa.

Se realiza de dos formas:

• con cal: se facilita la deshidratación, pH > 12, se eliminan las bacterias y el riesgo de putrefacción (olores), tiempo tres horas.

• Oxidación con cloro: se tratan volúmenes pequeños de fangos.

Genera cloroaminas y HCl que se incorporan al productos final.

- Deshidratación se elimina más aguas, se hace más manejables el fango (mejor transporte, reutilización e incineración o vertido.

Hay tres métodos:

• Eras de secado: en zonas de buen clima extender el fango en superficies bien drenadas y expuestas al sol.

• Filtración: el fango se hace pasar pos superficies porosas que permitan salir agua.

Se añaden sustancias químicas para aumentar el diámetro de poro de las partículas sólidas. Ej.: polielectrolito catiónico: FeCl3, Al2(SO4)3 y cal.

La filtración se puede hacer por vacío o por presión.

c) Centrifugación.

- Incineración se suele realizar sobre fangos deshidratados no estabilizados, que son autocombustibles.

Para reducir costes se pueden coincinerar con basuras urbanas.

- Evacuación depende del destino que se les de:

• Eliminación: se llevan a vertederos controlados.

• Reutilización: abonos, se suelen mezclar con materia orgánica: paja o serrín.

• Aplicación directa: al suelo quemado para regenerarlo

• Aplicación directa al suelo para cultivas césped.

• Recuperación de productos: productos (reactivos caros o sustancias tóxicas)

B) TÉCNICAS DE BAJO COSTE (BLANDAS)

Intentan reproducir las condiciones naturales de autodepuración donde actúa:

• el tiempo

• la insolación

• los microorganismos

• las algas

• la sedimentación

• el movimiento del agua

• la flora bacteriana

• la capacidad de filtración del suelo

Las ventajas que presentan son:

• menor tecnificación

• menor gasto energético

• personal con menos requisitos formativos

Los inconvenientes son:

• necesitan una mayor superficie

• el tiempo de depuración es bastante más largo

Se instalan en poblaciones no demasiado grandes (<105 h-e) cuando la disponibilidad y el precio del suelo la hacen factible.

Suelen dar buenos resultados en:

• eliminación de microorganismos patógenos

• estabilización de la materia orgánica

• reducción de DBO y sólidos

- LAGUNAJE

Es el sistema más extendido de las tecnologías blandas. Tuvo su origen en la evolución del agua en embalses para regadío.

Consiste en dejar el agua en reposos en lagunas extensas de profundidad variable, para que se autodepure con ayuda de los factores climáticos. Y de su propia carga bacteriana. Suele instalarse en lugares con un elevado número de horas de sol al año y también es conveniente la existencia de vientos frecuentes.

Antes de pasar el agua residual a las lagunas se mide su caudal para decidir así el tiempo de retención en función de la capacidad de la instalaciones.

Previamente se somete el agua residual a pretratamiento: desbaste, desarenado y desengrase si fuera necesario. Así se eliminan los sólidos de mayor tamaño.

Ventajas del lagunaje:

• costes mínimos de mantenimiento y explotación

• gasto energético bajo

• soporta bien variaciones de carga

• eliminación de lodos se realiza por periodos de tiempo muy largos.

Inconvenientes:

• se necesita mucho terreno

• en el efluente (el agua depurada) pueden aumentar las partículas en suspensión.

• problemas de eutrofización en los caudales

• precisan más tiempo para completar la depuración

Esquema general de una planta depuradora por lagunaje:

Tipos de lagunas:

• Anaerobia: suelen ser las primeras en el tratamiento.

• Profundidad: mayor de 2,5m (hasta 4m) Para mantener la ambiente anaerobio se forma en superficie una capa de materia flotante (grasas)

• Tiempo de permanencia: 2-5 días

• Productos generados: CH4 y CO2

• Rendimiento: reducción de sólidos en suspensión de 70% y DBO5 50%

• Signos de buen funcionamiento:

• color gris oscuro (rojo: bacterias fotosintéticas que degradan compuestos de azufre, no recomendables)

• burbujeo (gases generados)

• ausencia de vegetación en taludes

• ausencia de algas

• Facultativas: reciben el agua residual de lagunas anaerobias o directamente del alcantarillado.

• Profundidad: 1-2m. Tienen una capa superficial aerobia y otra profunda anaerobia. Entre ambas esta la zona facultativa.

• Signos de buen funcionamiento:

• Color verde brillante es importante la presencia de algas clorofíceas que actúan en simbiosis con las bacterias. Algas: producen oxígeno para las bacterias y las bacterias degradan materia orgánica produciendo nutrientes (fósforo y nitrógeno) para las algas.

• Presencia de pulgas de agua.

• Superficie esté limpia de nutrientes.

• Ausencia de vegetación en los taludes.

Se reduce sensiblemente la materia orgánica, tasa de nutrientes y el número de bacterias coliformes.

• Aerobias o de maduración: último paso en el lagunaje y reciben las aguas residuales de las facultativas.

• Profundidad: 0,3-1m

• Tiempo de permanencia: 7-10 días

• Se reducen considerablemente los microorganismos patógenos y la DBO

• Color: verde oscuro

• Factores que condicionan la mejora del agua:

• Concentración de oxígeno cuanto mayor mejor es mayor con el viento y con algas abundantes. Por la noche la concentración de oxígeno es mínima. Se producen entonces los fenómenos de desnitrificación (nitrógeno gas que escapa a la atmósfera) o oxidación a nitratos NO3- (los consume el plancton)

• radiación solar: es alta, favorece la evaporación y se produce un aumento en la concentración de sales.

• Predadores de las bacterias: microcrustáceos

Factores que condicionan:

• Climático:

• temperatura de 0-30ºC

• sol: acelera la depuración

• viento: favorece la oxigenación

• pluviosidad: debe controlarse para evitar desbordamientos.

• Físicos:

• Profundidad: determina el tipo de lagunaje.

• Caudal: determina el tiempo de permanencia del agua residual en cada laguna.

• Hay que evitar la estratificación del agua: capas a diferente temperatura.

• Color: gris oscuro, verde brillante, verde oscuro.

• Químicos:

• pH: 7,5-8,5

• Oxígeno disuelto: procede de la aireación y de la fotosíntesis de algas. Mínimo al amanecer, máximo al atardecer.

• Otros:

• Fangos: varios cm/año, períodos largos de eliminación de fangos, aportan bacterias a la laguna.

• Materia flotante: debe evitarse en general, sólo adecuado en lagunas anaerobias.

• Taludes: limpios de vegetación., si no se favorece la presenciad e ranas, mosquitos, culebras de agua, roedores.

• Olores: deben evitarse, la distancia mínima a núcleos de población es de 1km.

• Insectos: deben evitarse, retirar la vegetación de orillas y costras de superficie o criar algunos peces en las lagunas aerobias. Ej. Carpas chinas o gamburrias.

- FILTROS VERDES

se usan para depurar aguas residuales urbanas previamente filtradas y si, es posible desarenadas y desengrasadas.

Consiste en aplicar esta agua residuales a suelos con árboles de crecimiento rápido (chopos).

Sobre suelos con cultivos agrícolas la legislación española permite aplicar aguas residuales si no tocan la parte comestible. El propio suelo, con sus plantas y bacterias depura el agua vertida mediante estos procesos: filtración, oxidación y acción bacteriana.

Este sistema se usa cuando hay problemas para instalar otros sistemas de depuración, cuando son aguas residuales urbanas de poblaciones < 2.500h-e. Las necesidades de terreno son muy altas:1ha/200h-e. No se recomienda para suelos arenosos y arcillosos.

Si es un buen sistema para acabar con las bacterias intestinales debido a:

• las características del suelo.

• pH diverso.

• concentración de oxígeno alta.

• temperaturas muy variables (se calienta y enfría rápido).

• numerosos microorganismos competidores.

- LECHOS DE TURBA

El agua previamente filtrada y desengrasada se aplica a superficies preparadas con turba (producto rico en materia orgánica parcialmente degradada de origen vegetal)

La superficie se prepara así:

• primero se dispone una capa de grava

• luego encima otra de arena

• por último, el lecho de turba

• por debajo, un sistema de recogida del efluente

Rendimiento: la DBO, DQO y SS son reducidos en un 90%

la capa de turba necesita aireación periódica para evitar aglomeraciones debido a los sólidos aportados por el agua residual.

- BIODISCOS (CBR)

Contactadores biológicos rotatorios.

Las aguas residuales que vienen de un tratamiento primario.

Descrito previamente: tanque donde se sumerge un cilindro que rota a velocidad muy baja. La mitad del cilindro está sumergida en el agua residual: las bacterias van en la superficie del cilindro.

Ventajas:

• coste de explotación reducido

• mantenimiento mínimo de los elementos mecánicos

• bajo consumo energético

• solo se requiere personal para comprobar diariamente su funcionamiento y para la eliminación de los fangos digeridos una vez secos.

C) DEPURACIÓN EN PEQUEÑAS COMUNIDADES

Son los sistemas utilizados cuando no existen redes de alcantarillado cercanos sustituyen a los “pozos negros”. Son llamadas fosas sépticas, tanques de Imhoff o similares.

Funcionamiento: son dos compartimentos, en el primero se realiza una decantación primaria y el agua pasa por rebose al segundo, en el segundo sedimentan parte de los sólidos y el efluente se infiltra en el terreno.

Los fangos se autodigieren de forma anaerobia y los gases que se obtienen se eliminan mediante respiraderos. Los fangos se eliminan cada cierto tiempo.

Algunos sistemas incorporan un dispositivo para insuflar oxígeno y realizar la fermentación aerobia de los fangos.

4. DESTINO FINAL DEL AGUA Y DEL FANGO

Para decidir hay que tener en cuenta:

• las características del entorno. Por ejemplo ver si el agua es abundante o escasa (se intentará reutilizarla)

• las características del agua receptora que van a determinar la calidad del vertido.

En cualquier caso el efluente debe caracterizarse perfectamente para determinar su destino.

• Usos del agua residual depurada:

• Municipal: riego de calles, césped, jardines (el agua debe estar exenta de microorganismos patógenos desinfección depués del tratamiento secundario, también se realiza filtración por arena)

• Industrial: sistemas de refrigeración y calderas. Hay que controlar los sólidos en suspensión para evitar atascos, suele ser agua residual proveniente del tratamiento secundario.

• Agrícola: riego de cultivos, huertas, pastos, flores, plantas ornamentales.

No cuando el producto comestible está en contacto con el agua residual depurada.

Hay que mirar dos características:

• SAR (relación de adsorción de sodio) concentración en meq/l

SAR =

SAR:

• < 3 se usa para riego

• 3-9 hay cierto riesgo de alteración del suelo

• > 9 prohibido

• Trozos de sustancias tóxicas: evitar la acumulación de por ejemplo metales pesados (más difícil en suelos alcalinos porque precipitan)

• Recreativos: campos de golf y lagos artificiales. Requieren desinfección si van a entrar en contacto con personas.

• Recarga de acuíferos: para evitar su salinización (especialmente en zonas costeras) El sistema es parecido al filtro verde. Se aplica el agua en una zona acotada de terreno para que se filtre y llegue al acuífero.

Requisitos que se exigen:

• Sustancias nocivas con valores acotados (evitar la contaminación de las aguas subterráneas)

• Estudio hidrogeológico del acuífero

• Análisis del agua subterránea

• Usos de fangos:

• Generación de abonos (mezclar con materia orgánica)

• Aplicación directa al terreno

• Mezclar con residuos sólidos urbanos (incineración)

• Recuperación de productos

Se analizan los fangos y se decide su aplicación. Si se superan determinados valores de sustancias tóxicas se tratan como residuo tóxico y se eliminan en vertederos controlados.

AR

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LAGUNAJE

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Facultativa-aerobia

Anaerobia-facultativa-aerobia