Tratamiento de Aguas Residuales

Las aguas residuales contienen detritos procedentes de las ciudades y fábricas. Es necesario tratarlos antes de enterrarlos o devolverlos a los sistemas hídricos locales. En una depuradora, los residuos atraviesan una serie de cedazos, cámaras y procesos químicos para reducir su volumen y toxicidad. Las tres fases del tratamiento son: 

• La primaria: se elimina un gran porcentaje de sólidos en suspensión y materia inorgánica. 

• La secundaria: se trata de reducir el contenido en materia orgánica acelerando los procesos biológicos naturales. 

• La terciaria es necesaria cuando el agua va a ser reutilizada; elimina un 99% de los sólidos y además se emplean varios procesos químicos para garantizar que el agua esté tan libre de impurezas como sea posible. 

La polución o contaminación química se produce cuando llegan a las aguas sustancias que no existían y a las cuales no estaban adaptados los organismos por lo cual impiden el funcionamiento de algunos mecanismos fisiológicos.

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 aeróbicamente.

Procedencia de las Aguas Contaminadas.

Según su procedencia las aguas residuales se dividen en agrícolas domésticas de escorrentía e industriales.

- Las Aguas Agrícolas: Son resultantes de la irrigación y otros usos agrícolas como la limpieza de establos que llega a arrastrar grandes cantidades de heno y de orina. Estas aguas contienen sales, fertilizantes, abonos, pesticidas y restos de las diversas substancias químicas que se utilizan.

- Las Aguas Domésticas: Son las que provienen de las viviendas. Contienen excrementos humanos, restos de cocina, papel, productos de limpieza, jabones y detergentes. Las características de las aguas domésticas varían de una comunidad a otra y de un momento a otro en la misma comunidad. Físicamente tienen un color gris y materias flotantes. Químicamente contienen los complejos compuestos del

nitrógeno de los excrementos humanos y los del fósforo de los detergentes. Biológicamente arrastran gran cantidad de microorganismos.

- Las Aguas de Escorrentía: Cuando llueve, el agua arrastra toda clase de suciedad. Dicha agua es, en términos generales, más sucia que la que proviene del consumo doméstico. Algunos ayuntamientos las agrupan para tratarlas conjuntamente. En otros las aguas de lluvia disponen de una red de cloacas diferente y son vertidas directamente sin ser tratadas.

- Las Aguas Industriales: Su contenido depende del tipo de industria y del proceso empleado. Los productos químicos pueden ser muy diversos, algunos son tóxicos y otros inhiben los microorganismos del agua. Los desechos industriales, incluso en concentraciones muy pequeñas, son extremadamente tóxicos

para la vida marina, las aguas contaminadas pueden producir también brotes de hepatitis, cólera y disentería en los seres humanos.

Contaminación Marina. 

Los vertidos que llegan directamente al mar contienen sustancias tóxicas que los organismos marinos absorben de forma inmediata. Además forman importantes depósitos en los ríos que suponen a su vez un desarrollo enorme de nuevos elementos contaminantes y un crecimiento excesivo de organismos indeseables. Estos depósitos proceden de las estaciones depuradoras, de los residuos de dragados (especialmente en los puertos y estuarios), de las graveras, de los áridos, así como de una gran variedad de sustancias tóxicas orgánicas y químicas.

Al juntarse el agua de los ríos con los mares, éstos sufren las consecuencias de la contaminación de los ríos, provocando una intoxicación a los peces, que lleva una disminución de la producción pesquera en las zonas costeras, debido a la mortandad de éstos.

El mar se contamina, además, cuando los barcos que transportan crudos petrolíferos accidentes y estas materias contaminadas caen en el océano. 

Cuando es vertido este elemento al mar, los hidrocarburos, por no ser miscibles con el agua, flotan en ella y forman una capa que se mueve al ritmo de las corrientes marinas. Una parte, en este proceso, se disuelve en el medio acuoso, y el resto termina en las playas.

Como los océanos son tan vastos, los seres humanos creyeron en otra época que era virtualmente imposible contaminar estas masas tan enormes de agua. Durante décadas, hemos utilizado los océanos como vertederos de nuestras aguas fecales, basuras, desechos químicos e incluso radiactivos. Como también utilizamos los océanos para el transporte, muchos accidentes de navegación han resultado contaminantes. Para proteger la vida marina y la salud de nuestro planeta, debemos encontrar soluciones a estos problemas.

Contaminación Producida por el Tráfico.

Contaminación debida al exceso de circulación rodada y provocada sobre todo por la quema de combustibles fósiles, en especial gasolina y gasoil. Los contaminantes más usuales que emite el tráfico son el monóxido de carbono, los óxidos de nitrógeno, los compuestos

orgánicos volátiles y las macropartículas. Por lo que se refiere a estas emisiones, los transportes en los países desarrollados representan entre el 30 y el 90% del total. 

También hay compuestos de plomo y una cantidad menor de dióxido de azufre y de sulfuro de hidrógeno. El amianto se libera a la atmósfera al frenar. El tráfico es también una fuente importante de dióxido de carbono. Las nubes son formas condensadas de humedad atmosférica compuestas de pequeñas gotas de agua o de diminutos cristales de hielo. Las nubes son el principal fenómeno atmosférico visible. Como tales, representan un paso transitorio, aunque vital, en el ciclo del agua. Este ciclo incluye la evaporación de la humedad desde la superficie de la Tierra, su transporte hasta niveles superiores de la atmósfera, la condensación del vapor de agua en masas nubosas y el retorno final del agua a la tierra en forma de precipitaciones de lluvia y nieve.

La contaminación atmosférica hace que las partículas venenosas queden capturadas dentro de las gotas de agua que conforman las nubes; al llover, esas gotas contaminadas caen a tierra o al mar, contaminando a su vez acuíferos subterráneos o el mismo mar (si bien la contaminación por lluvia en el mar tiene un impacto menos apreciable que en tierra).

El monóxido de carbono es venenoso. A dosis reducidas produce dolores de cabeza, mareos, disminución de la concentración y del rendimiento. Los óxidos de nitrógeno y azufre tienen graves efectos sobre las personas que padecen asma bronquial, cuyos ataques empeoran cuanto mayor es la contaminación, pues además estas sustancias irritan las vías respiratorias, si bien aún no hay una explicación médica precisa. Entre los compuestos orgánicos volátiles está el benceno, que puede provocar cáncer, al igual que el amianto, aunque su efecto sólo está claramente establecido a dosis más altas que las debidas al tráfico. Las macropartículas son partículas sólidas y líquidas muy pequeñas que incluyen el humo negro producido sobre todo por los motores diesel y se asocian a una amplia gama de patologías, entre ellas las enfermedades cardíacas y pulmonares. El plomo dificulta el desarrollo intelectual de los niños. El dióxido de carbono no siempre se clasifica como contaminante, pero sí guarda relación con el calentamiento global.

Tratamiento de efluentes industriales

1. Generalidades.

Mientras que todos los vertidos urbanos presentan impurezas minerales y orgánicas cuya naturaleza y concentración son bastantes similares de una ciudad a otra, y por ello sus líneas de tratamiento son análogas, los vertidos industriales, debido a su gran diversidad, necesitan una investigación propia de cada tipo de industria y la aplicación de procesos de tratamientos específicos.

Pueden citarse algunos factores principales que la contaminación industrial tiene en común con la contaminación de origen urbano, pero las vías de depuración, normalmente, deben definirse industria por industria.

Al enumerar las principales industrias, se ve que según las contaminaciones que producen, justifican tratamientos biológicos (parecidos a los de las aguas urbanas) o tratamientos estrictamente químicos (como en las industrias de ácidos)

Las estaciones de tratamiento de aguas industriales se destinan a cumplir unas normas de vertido, que no se refieren únicamente a la de D.B.O., a la D.Q.O. y a los contenidos de materiales en suspensión, sino, también, a un cierto número de compuestos minerales y orgánicos. Por otra parte, estas normas se definen, en varios países, según las diversas ramas profesionales.

La definición de todo tratamiento deberá basarse en:

el conocimiento de los diversos contaminantes;

la caracterización de los efluentes;

la organización de los desagües y la separación de los efluentes;

La elección entre los diversos métodos de depuración fisicoquímica y/o biológica.

Por lo tanto, el buen funcionamiento de la instalación dependerá de que se realice previamente un estudio minucioso, ya que cualquier elemento nocivo, que no se hubiera tenido en cuenta, podría perturbar seriamente la instalación.

2. Factores específicos de contaminación.

Las aportaciones significativas de contaminación que se enumeran seguidamente, se han clasificado en función de los métodos de tratamiento que le son aplicables.

o Elementos insolubles separables físicamente con o sin floculación: materias grasas,

flotantes (grasas, hidrocarburos alifáticos, alquitranes, aceites orgánicos, etc.).Materias sólidas en suspención (arenas, óxidos, hidróxidos, pigmentos, azufre coloidal, látex, fibras, etc.).

o Elementos orgánicos separables por adsorción: colorantes, detergentes, compuestos

macromoleculares diversos, compuestos fenolados.

o Elementos separables por precipitación: metales tóxicos o no, Fe, Cu, Zn, Ni, Be, Ti, Al,

Pb, Hg, Cr, precipitables en una cierta zona de PH; sulfitos, fosfatos, sulfatos, fluoruros, por adición de Ca2+.

o Elementos que pueden precipitar en forma de sales insolubles de hierro o de

complejos: sulfuros, fosfatos, cianuros, sulfocianuros.

o Elementos separables por desgasificación o stripping: H2S, NH4, alcoholes, fenoles y

sulfuros.

o Elementos que necesitan una reacción de oxidación-reducción: cianuros, cromo

hexavalente, sulfuros, cromo, nitrito.

o Ácidos y bases: ácido clorhídrico, nítrico, sulfúrico y fluorhídrico; bases diversas.

o Elementos que pueden concentrarse por intercambio iónico o por ósmosis

inversa: radionucleidos tales como iodo, Mo, Cs; sales de ácidos y de bases fuertes; compuestos orgánicos ionizados (intercambio iónico) o no (osmosis inversa).

o Elementos que se adaptan a un tratamiento biológico: todos los elementos

biodegradables por definición; por ejemplo, azúcares, proteínas, fenoles. Los tratamientos biológicos pueden aplicarse también, después de su aclimatación, a compuestos orgánicos tales como el formol, la anilina y ciertos detergentes.

Deben recordarse los puntos siguientes:

1. La relación entre la D.Q.O. y la D.B.O. en aguas industriales es muy diferente de la que se obtiene en aguas domésticas. Esta relación evoluciona en las diversas fases del tratamiento, pudiendo llegar la D.Q.O. final, en algunos casos, hasta más de 5 veces el valor de la D.B.O. correspondiente.

2. La presencia de tóxicos muy activos puede enmascarar la presencia de materias biodegradables y falsear la medida de la D.B.O..

3. Nociones de tratabilidad biológica de los efluentes.

3. Caracterización de los efluentes.

Para la buena definición de una estación de tratamiento de aguas residuales, es necesario disponer de los siguientes datos, cuidadosamente establecidos:

Volúmenes diarios;

Caudales horarios mínimo y máximo;

Composición del agua de aportación a la fábrica;

Fabricaciones continuas, discontinuas;

Importancia y periodicidad de las puntas de contaminación;

Posibilidad de separación de circuitos;

Posibilidades de tratamientos o de recirculaciones locales o parciales;

Contaminaciones secundarias, incluso débiles u ocasionales, que puedan afectar seriamente al funcionamiento de ciertos órganos de los equipos de tratamiento (colas, alquitranes, fibras, aceites, arenas, etc.).

Al realizar el proyecto de una fábrica, estos datos, recogidos después del análisis de las fabricaciones, deben compararse con informaciones procedentes de fábricas existentes.

Cuando se trata de acondicionar una fábrica ya existente, conviene realizar una comparación de las cantidades de contaminantes, detectados mediante un análisis continuo y sistemático de los efluentes, con los consumos de productos químicos de la fábrica.

4. Tratamientos separados.

A veces resulta conveniente aislar ciertos efluentes y someterlos a un tratamiento específico. Se impone esta forma de proceder siempre que el efluente que procede de una unidad de fabricación presenta una de las siguientes características:

Concentraciones muy elevadas de D.Q.O. o de D.B.O. debido a la presencia de compuestos solubles;

Concentraciones medias o elevadas de H2S, de NH4 o de elementos tóxicos.

En lugar de diluir estos efluentes, suele ser más económico utilizar uno de los siguientes procedimientos:

Concentración con vistas a reutilizar el producto;

Destrucción por pirólisis directa del líquido o del vapor procedente de sustripping;

Extracción líquido-líquido.

Se citan tres ejemplos de reducción de la contaminación del efluente general de una fábrica:

Regeneración de baños usados muy diversos (galvanoplastita, mecánica), por eliminación discontinua o continua de sus impurezas en disolución o en suspensión;

Tratamiento químico de licores de sales o de ácidos cuya concentración es superior al umbral de solubilidad de la sal de calcio correspondiente, que puede entonces precipitar;

Tratamiento de aceites solubles por vía química, térmica o por separación por membranas.

5. Tratamientos preliminares.

Las condiciones de tratamiento previo de los efluentes generales de fábricas son también más variadas que en el caso de aguas residuales urbanas.

Las operaciones de desbaste automático son deseables en la mayoría de las industrias e indispensables en algunas de ellas.

El desarenado sólo se realiza en algunos casos particulares; y el desaceitado se utiliza con bastante frecuencia: los hidrocarburos y aceites proceden a veces de fabricaciones, y sistemáticamente de los circuitos de engrase o de almacenamiento de carburante.

También se prevé frecuentemente la regulación del caudal hidráulico y de la carga contaminante, que puede llevarse a cabo:

o Mediante el empleo de depósitos derivados, en los que se almacena el agua de

tormentas cuando la red es unitaria y cuando las lluvias, de volumen siempre menor que en áreas urbanas, arrastran y diluyen contaminantes. La finalidad de estos depósitos es, por lo tanto, la de evitar que la línea de tratamiento haya de dimensionarse en función de unas puntas excepcionales de caudal.

o Mediante el empleo de depósitos de homogeneización, en los que se almacena durante

algunas horas, e incluso por espacio de varios días, la totalidad de los efluentes producidos por una unidad o por toda la fábrica. Es indispensable prever la agitación de estos depósitos. Su objetivo es el de reducir las puntadas de contaminación, con el fin de evitar sobrecargas de concentración perjudiciales para el funcionamiento regular de la línea de depuración. Con ello, se consigue, a demás, un cierto grado de previsión en la explotación.

Algunas veces se realizan operaciones previas de neutralización, de oxidación y de reducción, para tratar efluentes concentrados o tóxicos. En estas operaciones intervienen autómatas de regulación de PH o de potencial redox.

6. Tratamientos fisicoquímicos.

La depuración fisicoquímica puede constituir, según el caso, una etapa intermedia o la etapa final del tratamiento total. Tiene una o varias finalidades:

Precipitación de metales o de sales tóxicas;

Eliminación de aceites en emulsión y de materias diversas en suspensión;

Clarificación con reducción simultánea de D.B.O. coloidal y de la D.Q.O. correspondiente.

Este tratamiento implica la necesidad de mantener una zona de PH bastante reducida, y, según la naturaleza del proceso (precipitación, cristalización, adsorción o floculación), puede realizarse en reactores-decantadores o clarificadores muy diferentes:

1. Flotadores tales como el Flotazur o el Sediflotazur, en eliminación de aceites o fibras;

2. Reactores, como el Turbactor, y reactores-decantadores, como el Circulator, el Densator o el Turbocirculator, para la precipitación de sales o hidróxidos;

3. Clarificadores-reactores de circulación de fangos, como el Turbocirculator, el decantador R.P.S., el Accelator, en situaciones mixtas;

4. Clarificadores de lechos de fangos, como el Pulsator y el superpulsator, cuando es preciso separar un flóculo tenue o cuando se desea desarrollar las propiedades adsorbentes del lecho de fangos.

La elección entre estos aparatos depende no sólo del proceso dominante que haya de efectuarse, sino también de otros parámetros propios de la industria considerada.

Según las circunstancias, esta depuración fisicoquímica puede ir precedida o seguida de uno de los procesos siguientes:

Neutralización;

Oxidación o reducción;

Desgasificación o stripping.

Sólo se requiere una filtración en caso de normas de vertido muy estrictas relativas a la materia en suspención y a los metales totales.

7. Tratamientos biológicos.

La posibilidad de recurrir a tratamientos biológicos, es decir, a una depuración de tipo biológica depende de la biodegradabilidad de los efluentes, y deben tenerse en cuenta, en su concepción, ciertas peculiaridades de las aguas industriales:

Las aguas que se han sometido, generalmente con varios propósitos, a un tratamiento fisicoquímico previo, se encuentran poco cargadas de materias en suspención;

Su composición en nutrientes casi nunca es equilibrada, con lo que debe practicarse una corrección referente al fósforo y/o al nitrógeno;

Una deficiencia inicial de microorganismos debe compensarse mediante una siembra adecuada y la aclimatación de organismos específicos;

La presencia de compuestos biodegradables puede hacer necesario el mantenimiento de una relativa constancia de su concentración y el desarrollo de una flora específica;

Las concentraciones demasiado elevadas de sales minerales y, sobre todo, sus variaciones rápidas, pueden perturbar el desarrollo de la depuración;

La nitrificación-desnitrificación puede verse afectada por unas concentraciones demasiado elevadas de D.Q.O. y de amoníaco y dentro de ciertas zonas de PH;

Debe prestarse una atención especial al mantenimiento de zonas de temperaturas bastante constante, ya que la temperatura de ciertos efluentes favorece el desarrollo de bacterias termófilas.

Composición de la línea de tratamiento:

Fangos activados de alta carga, a media carga o, en el caso general, en aeración prolongada;

Lechos bacterianos de materiales plásticos ordenados, en pretratamiento o en tratamiento de afino;

Lechos bacterianos tradicionales;

Filtros de biolite, en tratamiento principal o en tratamiento de afino;

Lagunas aireadas o mixtas, en tratamiento de afino.

8. Eliminación de la D.Q.O. no biodegradable.

La depuración biológica constituye la vía más racional para la reducción de la D.B.O. y de su correspondiente D.Q.O.. Sin embargo, la aplicación de reglamentaciones cada vez más rigurosas puede hacer que sea necesaria la eliminación complementaria de la D.Q.O. no biodegradable, de color y de ciertos compuestos específicos.

Esta D.Q.O. se debe a compuestos orgánicos, en general disueltos y de naturaleza muy diversa: disolventes, hidrocarburos aromáticos, derivados nitrados y sulfonados, etc...

Los procedimientos usuales para la eliminación de esta D.Q.O. son los siguientes:

Primero: adsorción a través de carbón activo con regeneración térmica o química o a través de adsorbentes diversos.

Segundo: ultrafiltración y ósmosis inversa.

Tercero: intercambio iónico.

Cuarto: oxidaciones diversas (aire, oxígeno, ozono, cloro).

9. Fangos industriales.

Naturalmente, el carácter específico de las aguas residuales industriales se observa también en los fangos producidos, que a veces son de predominio y otras -y este es el caso más frecuente- de predominio mineral.

En general, los fangos de depuraciones fisicoquímicas son más abundantes que los que proceden de las depuraciones biológicas. Se observa, por último, que los fangos procedentes de la clarificación de aguas de aportación industriales son a veces preponderantes. Todas la técnicas de tratamiento que se han definido para los fangos urbanos son igualmente aplicables en este caso. Se citan simplemente algunas particularidades relativas al espesamiento y a la deshidratación mecánica.

A. Espesamiento de fangos:

El espesamiento se lleva a cabo, sobre todo por decantación, aplicándose cargas superficiales muy variables, de 10 a 800 Kg. MS/(m2.d), según la composición de los fangos. La presencia de hidrocarburos en cantidad apreciable puede dar lugar a una segunda fase líquida en el espesador y dificultar se funcionamiento.

B. Deshidratación de fangos:

El volumen de los fangos orgánicos producidos no justifica, en general, el empleo del acondicionamiento térmico. Por el contrario, es frecuente la realización de un acondicionamiento químico, utilizándose polielectrolitos sintéticos y/o reactivos minerales, y, en menor escala, cargas de materias inertes.

Los condicionamientos de filtrabilidad o de sedimentabilidad por escurrido centrífugo de los fangos difieren no sólo según su composición química, sino también según su modo de formación. Se producen variaciones de filtrabilidad en las relaciones de 1 a 10, según los productos, y de 1 a 3 para un mismo producto.

Cuando no se conocen exactamente las características de los fangos, es indispensable realizar ensayos previos.

Para mejorar la filtrabilidad de un fango, puede recurrirse, a veces a ciertos subproductos de la fábrica.

C. Destino final de los fangos:

Según la naturaleza de los fangos, la formas de evacuación de los mismos son muy diferentes:

Los fangos minerales relativamente estables y no tóxicos, pueden esparcirse como abono, descargarse en escombreras al aire libre o utilizarse como material inerte.

Los fangos minerales inestables o tóxicos deben almacenarse en vertederos controlados, estabilizarse o incluso; en algunos casos, tratarse por incineración; los fangos tóxicos, y en especial los que contengan metales pesados, sólo podrán almacenarse en vertederos estancos, aislados de toda capa freática.

Los fangos orgánicos, fermentables en general, deben estabilizase antes de su esparcimiento descarga en vertedero, o eliminarse por incineración.

Cuando los fangos ricos en aceites no son recuperables, deben incinerarse. Cuando son muy autocombustibles, pueden contribuir a la eliminación, por incineración, de otros fangos más pobres.

Evidentemente, la solución ideal es reintroducir los fangos a la fabricación, pero, en la práctica, esta posibilidad se presenta raras veces. Se intenta sobre todo valorar los fangos, pero su comercialización esta estrechamente ligada al costo de su trasporte.

Plantas fabricadoras de ácidos.

Tratamientos.

Los desechos de la fabricación de ácidos, son extremadamente contaminantes, por lo cual deben tratarse antes de poderse arrojar en los cursos de aguas. Varios son los puntos importantes, sin embargo, el pH de estos residuos es lo que más atentamente se debe controlar y se debe ver que dicho valor se encuentre en el rango de 6.0 a 9.0.

El principal método de tratamiento que se efectúa a estos efluentes es el de neutralización. Gehm nos describe su método de neutralización de desechos ácidos, que consta de una cama de piedra caliza, la cual trata a los desechos por encima 10.000 p.p.m. de acidez mineral en una cama capaz de recibir 0.1 mgd de desechos. Por otra parte también encontramos el método de Shugart; un proceso que utiliza caliza para una neutralización automática.

Métodos de Spray-burning y Combustión indirecta:1. Spray-burning: Este método consiste en esparcir el desecho ácido en una

cámara de combustión a alta temperatura (1700-2000 °F) con pequeñas

cantidades de aire en exceso con el fin de oxidar hidrocarburos. El sulfato se transforma en SO2 y los hidrocarburos en CO2 y H2O; los gases son enfriados y secados, y el SO2 es recuperable para su posterior uso en la fabricación de ácido sulfúrico nuevamente.

2. Combustión indirecta: La principal reacción de éste método, es la reducción de los excedentes de ácido sulfúrico en el sedimento fangoso por ciertos hidrocarburos que pueden hallarse presente o que se pueden adicionar.

Método de cama de piedra caliza :

Este método es aplicable al caso de que una planta no sólo produzca ácido sulfúrico, sino también otros como el clorhídrico nítrico, etc..

Consiste en una cama de piedra caliza de neutralización ácida, unidad que se emplea en la neutralización de una mezcla de sulfúrico y clorhídrico (comúnmente) en distintas concentraciones. Los desechos deben diluirse hasta que alcancen una concentración de un uno por ciento y luego se los hace pasar a través de dicha cama de piedra caliza hacia arriba por sus tres pies de extensión en cantidades de 20 a 30 galones por minuto por pie cuadrado del área de la cama. El inconveniente es que se debe tener inicialmente un pH que ronde los valores 4,6 a 4,9.

Estos tres últimos métodos son empleados principalmente por empresas que no sólo producen ácido sino también hidrocarburos, sales, etc. Son métodos muy generales.

Proceso de neutralización.

Introducción.

Un desecho industrial con una alta cantidad de contenido de base o ácido, no debería ser descargado a la corriente de agua sin un tratamiento previo. La corriente, aun siendo de baja clasificación (llamamos de baja clasificación a una corriente destinada a recibir desechos y/o para la navegación), es adversamente afectada por valores altos o bajos de pH. Esta condición adversa es todavía más critica cuando repentinamente corrientes de desechos ácidos son impuestos sobre la corriente de agua.

Los tratamientos de los que hablamos anteriormente, son procesos de neutralización, y entre éstos hallamos un alto número de métodos para eliminar el alto contenido de sobreacidez en los efluentes industriales; como por ejemplo:

mezcla de desechos de modo que el efecto en red de finalmente un pH neutro;

tratamientos mediante lechos de piedra caliza;

mezcla de desechos con trozos de piedra caliza o piedra dolomítica;

el agregado de las correctas proporciones de soluciones concentradas de soda cáustica (NaOH) o ceniza sodada (Na2CO3) a los desechos ácidos.

Los materiales y los métodos deben ser seleccionados en base al costo total de la operación, ya que los costos del material varían ampliamente y los equipos que utilizan varios agentes pueden diferir con el método seleccionado. El volumen, tipo y la cantidad del desecho ácido a ser neutralizado son también factores al decidir qué agente de neutralización se empleará.

En una línea de neutralización, el ingeniero responsable debe de establecer un mínimo aceptable para el valor de pH del efluente y adecuar el tiempo de reacción para el efluente ácido para llegar a dicho valor. Aunque este trabajo previo se considere muchas veces innecesario y costoso. En muchos casos, una fábrica puede reducir los costos de la neutralización mediante la provisión de suficiente tiempo de retención y sacrificando el nivel de eficiencia en el subsecuente tratamiento biológico. Para el tratamiento biológico es siempre conveniente que el valor de pH este cercano a la neutralidad, la neutralización previa le da una mayor eficiente.

Métodos de neutralización.

1°) Mezcla de desechos básicos y ácidos: La mezcla de efluentes puede ser llevada a cabo en una planta simple de operación o entre fábrica vecinas. Desechos ácidos y básicos pueden ser producidos individualmente dentro de una planta y producirse la mezcla de los líquidos en un tiempo apropiado lo que nos permitiría llevar a cabo la neutralización, sin embargo esto requiere usualmente un depósito de cada efluente para abolir corrientes excesivas de uno u otro.

Si una planta produce desechos tóxicos alcalinos, los cuales pueden ser transportados a una planta vecina que produzca ácidos, un económico y fehaciente proceso de neutralización nacerá de ambas. Por ejemplo, una planta de materiales de construcción produce un efluente básico, luego de una ecualización, de alrededor una mitad de mil para mezclar con un efluente ácido de una química, se puede obtener una neutralización total de ambos efluentes; siendo de bajo costo, y evitándose problemas de política y de ingeniería. En otra instancia, se reportó el uso de 500000 galones en reserva, de un digestivo anaerobio para mezclar desechos de planta anteriores al tratamiento. El resultado del valor del pH de la reserva oscilará en rangos de 6.5-8.5.

2°) Tratamiento con piedra caliza: El pasar un efluente ácido a través de lechos de piedra caliza, fue uno de los métodos tradicionales para la neutralización. Los líquidos pueden ser pasados de arriba hacia abajo o viceversa, dependiendo de el origen del aparato y del costo inherente. Se logra escurrir un galón por minuto (gpm) por pie cuadrado o menos. La neutralización procede químicamente acorde a la siguiente reacción:

CaCO3 + H2SO4   CaSO4 + CO2 + H2O

La reacción continuará mientras dure la disponibilidad de la piedra caliza a la misma, y en estado activo. La primera condición puede encontrarse simplemente mediante la provisión de cantidad suficiente de caliza; la segunda condición es aveces más difícil de mantener. Si se trabaja con una solución de ácido sulfúrico, debe ser diluida a un límite máximo de un 5 % y admisible hasta un rango de 5

gpm/ft2 antes de hacerla pasar por el lecho. No se debe concentrar los esfuerzos en neutralizar el ácido sulfúrico arriba de un 0,3 % de concentración o a un rango menor a 1gpm/ft2 debido a la baja solubilidad del sulfato de calcio. Un exceso de ácido va a precipitar el sulfato de calcio, causando subsecuentemente una capa que pasivará la piedra caliza.

El uso del lecho de piedra caliza puede ser una seria desventaja para este método de neutralización, ya que la piedra caliza gastada debe ser reemplazada por nueva a intervalos periódicos, la frecuencia del reemplazo dependerá de la cantidad y calidad de los desechos ácidos que son pasados a través del lecho. Cuando se produce la existencia extrema de cargas de alta acidez, se puede producir espuma, especialmente cuando se encuetra presente material orgánico en el líquido.

3°) Tratamiento Lime-Slurry: Mezclar desechos ácidos con una mezcla acuosa de cal es un procedimiento efectivo de neutralización. La reacción es similar a la del método de lechos calizos. En este caso, sin embargo, la cal es utilizada constantemente porque es convertida en sulfato de calcio y eliminada con el efluente. Si bien actúa lentamente, la cal posee un alto poder neutralizante y su acción puede ser acelerada por calentamiento u oxigenación de la mezcla. Es un proceso relativamente barato, pero a gran escala el valor puede pasar a ser un ítem importante.

La cal hidratada es a veces difícil de manejar, ya que tiene una tendencia a arquearse, o puentearse, sobre la salida del depósito y posee pobres propiedades de fluidez, pero es particularmente adaptable a los problemas de la neutralización envolviendo pequeñas cantidades de desecho, mientras éste puede ser depositado en embalajes con la ventaja de no tener que construir depósitos especiales.

En casos actuales, la neutralización del ácido sulfúrico en concentraciones por encima de un 1.5%, fue llevada a cabo satisfactoriamente por el uso de piedra dolomítica al rojo (muy alta temperatura) que contiene 47.5% de óxido de calcio, 34.3% de óxido de magnesio y un 1.8% de carbonato de calcio. La concentración de ácido fue limitada hasta el estado de un 1.5%, debido a la ausencia de agua para diluir y así variar los porcentajes. Esta cal provee la ventaja adicional de retener el sulfato residual hasta un mínimo, una imposibilidad con cualquiera de los métodos de lechos cálcicos.

4°) Tratamiento de la soda cáustica: El agregado de soluciones concentradas de hidróxido de sodio a los desechos ácidos como así también el agregado de carbonato de calcio en concentraciones apropiadas resultan rápidos aunque costosos procesos de neutralización. Pequeños volúmenes del agente son requeridos, ya que estos neutralizantes son mucho más poderosos que la caliza y la cal. Otra ventaja es que los productos de la reacción son solubles y no aumentan las durezas a las aguas que se reciben. La soda cáustica es mezclada normalmente en la parte de succión de la bomba de descarga de los efluentes. Este método es apropiado para pequeños volúmenes, pero para neutralizar grandes volúmenes de desecho acuoso, se necesitan especiales equipos, de grandes dimensiones, como un depósito para el almacenamiento del neutralizante con una bomba de diversas velocidades para la directa adición del álcali a la corriente del desecho.

Discutimos hasta ahora cuatro métodos para neutralización, sería conveniente el estudio de los costos de la neutralización de desechos y de los agentes que hemos considerados.

Ya que el factor de basicidad (ver tabla adjunta), es una de los factores vitales en la selección de un neutralizante, se nos proviene no sólo de un cálculo, sino también un monograma para calcular la cantidad de agente neutralizante requerido por galón de desecho. Se determina así el valor de ácido por titilación de 5 ml de ácido sulfúrico con exceso de hidróxido de sodio 0,5 N y una contratitulación con ácido clorhídrico 0,5 N donde el punto final de la titulación lo marca el viraje de color de la fenolftaleína. El factor de basicidad de la cal ( o agente neutralizador) es determinado por la titulación de 1 mg de muestra de agente alcalino con exceso de ácido clorhídrico 0,5 N, hirviendo la muestra por quince minutos, y contratitulando con hidróxido de sodio, donde el punto final de la titulación lo da el viraje de color de la fenolafteína. El valor del ácido y del factor de neutralización son luego conectados en el monograma de HOAK para encontrar la cantidad de agente requerido por galón de desecho ácido.

Cuando el hidróxido de sodio es usado como neutralizante para el ácido sulfúrico, las siguientes ecuaciones tienen lugar:

NaOH + H2SO4   NaHSO4 + H2O,

Desecho ácido

                    NaHSO4 + NaOH   Na2SO4 +H2O.         

La neutralización se produce en dos pasos y los productos finales dependen del valor requerido para el pH final. Por ejemplo, un tratamiento necesita de un pH final de 6, y el NaHSO4 formaría la mayor parte del producto; otro tratamiento podría requerir un pH de 8, con lo cual la mayor parte del producto será Na2SO4.

Efluentes gaseosos

Control de los efluentes gaseosos.

Una norma sancionada por la experiencia es que toda materia prima debe conocerse a fondo antes de utilizarla. por tanto, habrá que aplicar este criterio a la contaminación, ya que la materia prima que la provoca son los productos de combustión que, por tanto, se deben conocer perfectamente.

Se vio que uno de los factores o parámetros que inciden sobre la contaminación gaseosa detectable en un punto cualquiera es la sobrelevación del penacho de humos, que a su vez depende de las energías térmicas y cinética que se le comunique. Por tanto, es preciso determinar la velocidad y temperaturas de los humos.

Como por otro lado se sabe que en el combustible una cierta cantidad de azufre, como impureza, aunque también la proporción del mismo es muy variable, será preciso determinar las cantidades reales de anhídrido sulfúrico y sulfuroso emitidas.

Aunque la eficacia de los precipitadores electrostáticos y mecánicos utilizados en la eliminación de polvo de los gases de combustión es de sobra conocida, también se sabe que la resistividad y abrasividad de las cenizas volantes es variable, como consecuencia de las diversas procedencias del carbón que alimenta a la central, el rendimiento de los precititadores varia. En consecuencia, otro dato que hay que determinar en el efluente será el contenido de polvo de los gases de combustión y el rendimiento de la precipitación.

Por último, si la combustión de la caldera no tiene la eficacia deseable, probable que se alcance un valor de la escala Ringelmann superior a 2, lo que plantea la necesidad de medir la densidad óptica de los humos emitidos.

A continuación se examinaran los diversos sistemas de control utilizados, en los que únicamente se estudia el principio físico en que se basan pues se prescinde de cualquier tipo concreto de aparato.

El control continuo de la opacidad de los gases de la combustión se efectúa de la forma siguiente: en un tramo recto de la tubería de conducción de humos, ver figura, se coloca el sistema fotoeléctrico de control, que consta, por una parte, de un dispositivo de proyección luminosa de intensidad constante y, por otra, y exactamente en frente de esta, el sistema receptor, constituido por una célula fotoeléctrica que mide la intensidad luminosa recibida y a continuación la registra en un dispositivo de control.

Si se considerase deseable, se puede acoplar a este equipo una unidad de control remoto y un sistema de alarma calibrado de acuerdo con la legislación vigente o bien de tal modo que permita determinar la eficacia de la combustión, pues cuanto mayor sea la intensidad luminosa tanto más eficaz será la combustión.

Esquema de dispositivo fotoeléctrico de medida de opacidad de los gases

Por regla general, los sistemas emisor y receptor de estos equipos van provistos de unos dispositivos que tienen acortar o alargar el recorrido del haz luminoso por el humo, si ello es preciso. Además, para evitar los atascos producidos por la acumulación de polvo y hollín en la conducción del equipo, el aparato dispone de un aparato de limpieza automática.

Con estos sistemas de medida el encargado de la caldera esta siempre al corriente de la marcha de la combustión y, por lo tanto, cuando sea preciso, puede adoptar las medidas necesarias para que aquella pueda mantenerse en todo momento en condiciones optimas de régimen.

Por regla general, aun cuando funcionen bien, las centrales térmicas emiten humos de opacidad superior a la normal durante periodos cortos de tiempo que se corresponden con el encendido a partir de la caldera fría hasta alcanzar el mínimo técnico de carga.

Determinación del dióxido de azufre.

El método de valoración mas usado para este compuesto es el que utiliza iodo como reactivo. Para ello se prepara una disolución del elemento de normalidad adecuada, (generalmente N/100) que se valora convenientemente.

Un pequeño volumen de esta disolución (10-40 ml) se coloca en un frasco lavador con placa perforada, adicionándole almidón como indicador.

Se disponen adecuadamente los aparatos medidores de temperatura y presión, tanto en el conducto efluente, como en el conducto analizador, así como un medidor se caudal, según se indico con anterioridad.

La corriente gaseosa se hace pasar a través de un frasco lavador, interrumpiéndose la operación en el momento justo en que la coloración del reactivo absorbente desaparece.

Conocida la concentración de iodo en la disolución, unos sencillos cálculos permiten determinar cuantitativamente el dióxido de azufre que ha reaccionado en el frasco lavador. El volumen de corriente gaseosa se corrige si es necesario en función de la presión y temperatura medidos, y los resultados pueden expresarse en p.p.m. o bien en porcentaje.

Compuestos de azufre

El azufre es un elemento que se encuentra presente en diversas proporciones en gran parte de los combustibles. Durante el proceso de combustión se combina con el oxigeno para formar los correspondientes óxidos, de os cuales los mas importantes son el dióxido y el trióxido.

Las cantidades de estos compuestos que se vierten a la atmósfera son extraordinariamente elevadas, alcanzando cifras de millones de toneladas al año.

A temperatura ambiente, el dióxido de azufre es un gas que condensa con facilidad. Es incoloro, de olor picante e irritante y más pesado que el aire, poseyendo un elevado poder de corrosión. Químicamente puede actuar como oxidaste (por ejemplo frente al sulfuro de hidrogeno), o como reductor (con los halógenos).

El trióxido de azufre es un liquido incoloro de elevada afinidad por el agua, con la que forma ácido sulfúrico, y de propiedades oxidasteis. La aparición de este compuesto en la atmósfera se puede deber a tres causas:

Oxidación directa del SO2

Oxidación catalítica del SO2

Descomposición de los sulfatos presentes en los combustibles

De las tres formas posibles, parece ser la segunda la que interviene en mayor escala, actuando como catalizadores diversos compuestos metálicos existentes en las porciones inorgánicas de los combustibles.

La concentración de dióxido de azufre en la atmósfera presenta variaciones típicamente estacionales debido al mayor empleo de combustibles las épocas frías del invierno.

Efecto sobre las plantas.

La contaminación atmosférica afecta a los vegetales de diferentes maneras. A grandes rasgos los dados ocasionados pueden agruparse en los tres siguientes grupos:

Afecciones de los tejidos de las hojas con necrosis parciales.

Clorosis y otros cambios de color.

Alteraciones en el crecimiento.

Estas afecciones obedecen a dos causas diferentes:

Penetración directa de los contaminantes en los vegetales a través de los estomas de las hojas

Deposición sobre las diferentes partes de la planta, influyendo e la fotosíntesis.

Las afecciones en los tejidos de las hojas provocan la plasmolisis de las células vegetales que puede ser parcial si el causante es el nitrato de peracetilio (PAN) o el ozono, o total en los compuestos fluorados y del dióxido de azufre. Las hojas afectadas presentan primeramente un suave aspecto de estar empapadas en agua y algunas magulladuras pequeñas.

La clorolisis es la perdida de clorofila, pigmento natural de las plantas, y puede se comparada con la anemia de los animales. La desaparición de la clorofila da lugar a nuevos colores a partir de otros pigmentos presentes. Por regla general, la coloración es característica del contaminante que esta causando el fenómeno. Así, por ejemplo, una coloración blanquecina es producida por el dióxido de azufre y una marrón por el flúor.

Lógicamente, las afecciones de las hojas de los vegetales, donde se produce la transformación de numerosas sustancias inorgánicas en otras nutritivas para la planta, puede afectar seriamente el crecimiento de ella.

En la práctica, han sido observadas numerosas deficiencias con ciertas plantas situadas en ambientes muy contaminados, tales como, perdida precoz de las hojas, disminución del tamaño del fruto, crecimiento inferior al normal y prematuro envejecimiento general.

El crecimiento de la planta, concretamente, se ve seriamente afectado por la contaminación atmosférica, pues esta tiene una influencia muy fuerte sobre la auxina, hormona vegetal muy importante en la regulación de la evolución general de la planta, y cuya acción es afectada por cantidades de contaminantes sumamente débiles.

Dióxido de azufre

Las lesiones que produce en las plantas son normalmente de origen local. Las células admiten cierta concentración máxima del compuesto, que cuando es superada provoca el fin de su actividad y la muerte posterior.

Esta toxicidad se atribuye generalmente a las propiedades reductoras del dióxido, y la coloración característica que comunica a las zonas afectadas es de tonos amarillentos y rojizos.

La sensibilidad de las diferentes plantas a este contaminante es muy variedad. Experimentalmente ha podido ser determinada la resistencia relativa de numerosas especies y que se atribuye a la alfalfa el valor unidad.

Depuración de los Vertidos

Idea general

La mayoría de los vertidos de aguas residuales que se hacen en el mundo no son tratados. Simplemente se descargan en el río, mar o lago más cercano y se deja que los sistemas naturales, con mayor o menor eficacia y riesgo, degraden los desechos de forma natural. En los países desarrollados una proporción, cada vez mayor, de los vertidos es tratada antes de que lleguen a los ríos o mares en EDAR (estaciones depuradoras de aguas residuales). 

El objetivo de estos tratamientos es, en general, reducir la carga de contaminantes del vertido y convertirlo en inocuo para el medio ambiente. Para cumplir estos fines se usan distintos tipos de tratamiento dependiendo de los contaminantes que arrastre el agua y de otros factores más generales, como localización de la planta depuradora, clima, ecosistemas afectados, etc.

Tipos de tratamiento.

Hay distintos tipos de tratamiento de las aguas residuales para lograr retirar contaminantes. Se pueden usar desde sencillos procesos físicos como la sedimentación, en la que se deja que los contaminantes se depositen en el fondo por gravedad, hasta complicados procesos químicos, biológicos o térmicos. Entre ellos, los más usuales son:

a) Físicos

Sedimentación. Flotación.- Natural o provocada con aire. Filtración.- Con arena, carbón, cerámicas, etc. Evaporación. Adsorción.- Con carbón activo, zeolitas, etc. Desorción (Stripping). Se transfiere el contaminante al aire (ej. amoniaco). Extracción.- Con líquido disolvente que no se mezcla con el agua.

b) Químicos

Coagulación-floculación.- Agregación de pequeñas partículas usando coagulantes y floculantes (sales de hierro, aluminio, polielectrolitos, etc.)

Precipitación química.- Eliminación de metales pesados haciéndolos insolubles con la adición de lechada de cal, hidróxido sódico u otros que suben el pH.

Oxidación-reducción.- Con oxidantes como el peróxido de hidrógeno, ozono, cloro, permanganato potásico o reductores como el sulfito sódico.

Reducción electrolítica.- Provocando la deposición en el electrodo del contaminante. Se usa para recuperar elementos valiosos.

Intercambio iónico.- Con resinas que intercambian iones. Se usa para quitar dureza al agua.

Osmosis inversa.- Haciendo pasar al agua a través de membranas semipermeables que retienen los contaminantes disueltos.

c) Biológicos. Usan microorganismos que se nutren con diversos compuestos de los que contaminan las aguas. Los flóculos que se forman por agregación de microorganismos son separados en forma de lodos.

Lodos activos.- Se añade agua con microorganismos a las aguas residuales en condiciones aerobias (burbujeo de aire o agitación de las aguas).

Filtros bacterianos.- Los microorganismos están fijos en un soporte sobre el que fluyen las aguas a depurar. Se introduce oxígeno suficiente para asegurar que el proceso es aerobio.

Biodiscos.- Intermedio entre los dos anteriores. Grandes discos dentro de una mezcla de agua residual con microorganismos facilitan la fijación y el trabajo de los microorganismos.

Lagunas aireadas.- Se realiza el proceso biológico en lagunas de grandes extensiones.

Degradación anaerobia.- Procesos con microorganismos que no necesitan oxígeno para su metabolismo.

Niveles de tratamiento

Las aguas residuales se pueden someter a diferentes niveles de tratamiento, dependiendo del grado de purificación que se quiera. Es tradicional hablar de tratamiento primario, secundario, etc, aunque muchas veces la separación entre ellos no es totalmente clara. Así se pueden distinguir:

a) Pretratamiento.- Es un proceso en el que usando rejillas y cribas se separan restos voluminosos como palos, telas, plásticos, etc. 

b) Tratamiento primario.- Hace sedimentar los materiales suspendidos usando tratamientos físicos o fisico-químicos. En algunos casos dejando, simplemente, las aguas residuales un tiempo en grandes tanques o, en el caso de los tratamientos primarios mejorados, añadiendo al agua contenida en estos grandes tanques, sustancias químicas quelantes* que hacen más rápida y eficaz la sedimentación. También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH y la eliminación de contaminantes volátiles como el amoniaco (desorción). Las operaciones que incluye son el desaceitado y desengrase, la sedimentación primaria, la filtración, neutralización y la desorción (stripping).

c) Tratamiento secundario.- Elimina las partículas coloidales y similares. Puede incluir procesos biológicos y químicos. El proceso secundario más habitual es un proceso biológico en el que se facilita que bacterias aerobias* digieran la materia orgánica que llevan las aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de lodos activos (microorganismos). Estos tanques tienen sistemas de burbujeo o agitación que garantizan condiciones aerobias para el crecimiento de los microorganismos. Posteriormente se conduce este líquido a tanques cilíndricos, con

sección en forma de tronco de cono, en los que se realiza la decantación de los lodos. Separados los lodos, el agua que sale contiene muchas menos impurezas.

d) Tratamientos más avanzados.- Consisten en procesos físicos y químicos especiales con los que se consigue limpiar las aguas de contaminantes concretos: fósforo, nitrógeno, minerales, metales pesados, virus, compuestos orgánicos, etc. Es un tipo de tratamiento más caro que los anteriores y se usa en casos más especiales: para purificar desechos de algunas industrias, especialmente en los países más desarrollados, o en las zonas con escasez de agua que necesitan purificarla para volverla a usar como potable, en las zonas declaradas sensibles (con peligro de eutrofización) en las que los vertidos deben ser bajos en nitrógeno y fósforo, etc.

Figura 11-10 > Tratamiento primario y tratamiento secundario en una EDAR

Líneas de tratamiento en las EDAR

En el funcionamiento de una EDAR (estación depuradora de agua) se suelen distinguir dos grandes líneas:

a) Línea de agua.- Es el conjunto de los procesos (primarios, secundarios, etc.) que depuran el agua propiamente dicha. Comenzaría con el agua que entra a la depuradora y terminaría en el agua vertida al río o al mar.

b) Línea de fangos.- Está formada por el conjunto de procesos a los que se somete a los fangos (lodos) que se han producido en la línea de agua. Estos lodos son degradados en un digestor anaeróbico* (o en otra forma similar), para ser después incinerados, usados como abono, o depositados en un vertedero.

En una planta depuradora también se generan, además de los lodos, otros residuos (arenas, grasas, objetos diversos separados en el pretratamiento y en el tratamiento primario) que deben ser eliminados adecuadamente. Se suelen llevar a vertederos o similares.

Tratamientos especiales: eliminación de N y P

En los casos en los que las aguas que salen de la EDAR se vierten a ecosistemas en peligro de eutrofización es importante eliminar los nutrientes (P y N) que estas aguas pueden llevar, para no aumentar la intensidad de ese proceso.

Para eliminar fósforo se suelen pasar las aguas por un reactor "anaerobio" que facilita una mayor asimilación de ese elemento por las bacterias. Así se llega a eliminar el 60 - 70% del fósforo. Si esto no es suficiente se complementa con una precipitación química forzada por la adición de sulfato de alúmina o cloruro férrico.

La eliminación de nitrógeno se hace en varias fases. En primer lugar, durante el tratamiento biológico habitual, la mayor parte de los compuestos orgánicos de nitrógeno se convierten en amoniaco (amonificación). A continuación hay que conseguir que el amoniaco se convierta a nitratos (nitrificación) por la acción de bacterias nitrificantes (Nitrosomonas y Nitrobacter) que son aerobias. Este proceso de nitrificación necesita de reactores de mucho mayor volumen (unas cinco o seis veces mayor) que los necesarios para eliminar carbono orgánico. Las temperaturas bajas también dificultan el proceso (a 12ºC el volumen debe ser el doble que a 18ºC). A continuación se procura la eliminación de los nitratos en el proceso llamado desnitrificación. Para esto se usan bacterias en condiciones anaerobias que hacen reaccionar el nitrato con parte del carbono que contiene el agua que está siendo tratada. Como resultado de la reacción se forma CO2 y N2 que se desprenden a la atmósfera. Para llevar a cabo estos procesos hacen falta reactores de gran volumen, aireación de gandes masas de agua y recirculación de fangos que complican y encarecen todo el proceso de depuración.

Otros sistemas de depuración

Para lograr una depuaración suficiente de las aguas residuales de pequeñas comunidades no es necesario acudir a la instalación de EDAR capaces de realizar complejos tratamientos. Otros métodos pueden ser suficientemente eficaces y mucho más rentables. Así: 

Fosa séptica.- Cámaras cerradas en la que los contaminantes sedimentan y fermentan.

Lecho bacteriano (depósito lleno de árido), zanjas o pozos filtrantes o filtros de arena.- Todos ellos facilitan la formación de películas de bacterias sobre los cantos o partículas filtrantes que realizan la descontaminación.

Lagunaje:

anaerobio: elimina hasta el 50% el DBO aerobio: con posible proceso anaerobio después

Filtro verde: plantación forestal en la que se riega con aguas residuales. Contactores biológicos rotativos.- Sistemas mecánicos que facilitan la

actuación de las bacterias descontaminantes.

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

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 aguaLos 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.

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.

1.    Altos rendimientos.2.    Menor espacio ocupado por La estación depuradora.3.    Menos costes de explotación y mantenimiento que en otros procesos de depuración biológica.4.    Menor consumo energético.

VENTAJAS DE La UTILIZACION DE ARCILLA EXPANDIDA COMO LECHO BACTERIANO.

1.    Obtención de altos rendimientos en comparación con los    obtenidos con los rellenos sintéticos.2.    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.3.    Rapidez y facilidad de instalación; se puede efectuar el suministro mediante camiones cisterna que bombean el material 60m3 en 4 horas.4.    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:

1.    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.

2.    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: 1200ºC2- resistencia a los ciclos de hielo y deshielo.3- resistencia a los ataques químicos.4- resistencia a compresión de 20Kg/cm25- el caudal de aire conseguido es de 20m3/m2h.