Fundamentos y Procesos Clave en la Depuración Biológica de Aguas Residuales

Procesos de Sedimentación y Pretratamiento

Decantación

• Decantado primario dinámico: Aplicado a grandes caudales, utiliza elementos electromecánicos.
• Decantado estático: Utilizado para pequeños caudales, no requiere partes móviles para la retirada de fangos; los tanques suelen ser cilíndricos o cónicos.

Pretratamiento

• Desarenador: Dispositivo diseñado para obtener arenas libres de materia orgánica, lo que resulta en una reducción de olores.
• Pretratamiento general: Incluye Desbaste, Desarenado y Desengrasado.

Tratamientos Químicos y Biológicos

Coagulación y Floculación

Proceso que utiliza agentes químicos (como sulfatos de aluminio, cloruro férrico, sulfato férrico y sulfato ferroso) para aumentar el volumen, peso y cohesión de los flóculos, facilitando su sedimentación.

Etapas de Tratamiento

• Tratamiento Primario - Flotación: Proceso utilizado para eliminar Sólidos en Suspensión (SS) con una densidad próxima a la del agua, así como aceites y grasas.
• Tratamiento Secundario: Su objetivo principal es eliminar la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) mediante tratamientos biológicos.
• Tratamiento Terciario: Enfocado en la eliminación de contaminantes específicos presentes en el Agua Residual (AR). Generalmente, son procesos de alto coste.
• Tratamiento de Fangos: Proceso esencial para preparar los fangos generados para su posterior evacuación o disposición final.

Definiciones y Agentes Químicos

Demanda Biológica de Oxígeno (DBO₅)

Representa la cantidad de materia orgánica biodegradable que se degrada en 5 días a una temperatura de 20ºC. La oxidación completa se considera perfecta a los 20 días.

Agentes Químicos

Neutralizantes Comunes

Los neutralizantes más utilizados incluyen: Sosa cáustica, cal, caliza, CO₂, NH₃, HCl, HNO₃, Na₂CO₃ y H₂SO₄. Nota: El cloruro férrico nunca debe ser utilizado como neutralizante.

Otros Agentes

• Absorción: El carbón activado se utiliza comúnmente para procesos de absorción.
• Oxidantes: Incluyen Ozono (O₃), Peróxido de Hidrógeno (H₂O₂), O₃+UV, O₃+UV+H₂O₂, y la Oxidación Húmeda.

Desinfección y Sistemas Compactos

Desinfección

Los medios físicos de desinfección consisten en la aplicación de altas temperaturas o radiación ultravioleta (UV). Si se utilizan altas temperaturas, se eliminan patógenos; la radiación UV se produce mediante una lámpara de cuarzo.

Sistemas de Tratamiento Descentralizado

• Fosa Séptica: Tanque prefabricado (de hormigón, fibra de vidrio o polietileno) donde se produce la sedimentación y la eliminación de flotantes. Actúa como un digestor anaerobio sin necesidad de mezclado ni calentamiento.
• Tanques Imhoff: Proceso similar al que se produce en la fosa séptica, combinando la eliminación de Sólidos en Suspensión (SS) y la digestión anaerobia.

Equipos y Tecnologías de Filtrado

Equipos de Elevación y Retirada de Sólidos

• Rejas: Dispositivos utilizados para eliminar sólidos gruesos.
• Tamices: Eliminan sólidos de tamaño fino mediante mallas filtrantes.
• Pozo de Gruesos: Estructura con sección tronco-piramidal diseñada para evitar la acumulación de sólidos en las paredes.
• Cuchara Bivalva: Accionada por un motor electrohidráulico, deposita los residuos en un contenedor mediante un polipasto.
• Tornillo de Arquímedes: Mecanismo utilizado para elevar el agua y asegurar que circule por toda la línea de tratamiento por gravedad.

Tratamientos Biológicos Fijos

• Lechos Bacterianos o Filtros Percoladores: El agua a tratar se distribuye en forma de lluvia sobre un material de relleno donde se desarrolla la biopelícula.
• Filtro Verde: Sistema que aprovecha la acción conjunta de depuración del suelo, los microorganismos y las plantas.

Ejemplo de Cálculo: Reactor Biológico de Fangos Activados

Datos de Diseño

Se considera un proceso para una población equivalente de 50,000 habitantes equivalentes (he).

• Caudal (Q): 8,000 m³/día
• Carga de DBO₅: 60 gr DBO₅/he·día
• Concentración de Sólidos en Suspensión en el Licor Mezcla (SSLM): 3 kg SSLM/m³
• Carga Volumétrica (F/M): 0.5 kg DBO₅/kg SSLM·día

Cálculo de Parámetros Operacionales

1. Cálculo del Volumen del Reactor (V_R)

Carga total de DBO₅ (L): 50,000 he * 60 gr/he·día = 3,000,000 gr/día = 3,000 kg DBO₅/día.

V_R = L / (F/M * SSLM)

V_R = 3,000 / (0.5 · 3) = 2,000 m³

2. Cálculo del Tiempo de Retención Hidráulica (t_R)

Fórmula: t_R = V_R / Q_f (donde Q_f es el caudal diario)

t_R = 2,000 / 8,000 = 0.25 días

t_R = 0.25 días · (24 h/1 día) = 6 horas

3. Cálculo del Rendimiento Mínimo (η)

Cálculo de la DBO₅ de entrada (DBO₅e):

DBO₅e = 3,000 kg/día / 8,000 m³/día = 0.375 kg/m³ = 375 gr DBO₅/m³ = 375 ppm

Asumiendo una DBO₅ de salida (DBO₅s) de 25 ppm.

Fórmula: η = ((DBO₅e - DBO₅s) / DBO₅e) · 100

η = ((375 - 25) / 375) · 100 = 93.33%

4. Cálculo de Caudal de Agua (Q_a) y Concentración de Materia (C_m)

Cálculo de Caudal de Agua (Q_a) para 6,500 he (asumiendo un consumo de 250 L/he·día):

Q_a = 6,500 he · 250 L/he·día = 1,625,000 L/día = 1,625 m³/día

Fórmula de Concentración de Materia (C_m):

C_m = (DBO₅e · Q_e) / (SSLM · V_R)