Tratamiento de aguas residuales: Guía completa de procesos y tecnologías

Tratamiento de Aguas Residuales: Una Guía Completa

Tratamiento Terciario

En ocasiones, es necesario mejorar aún más la calidad del agua, sometiéndola a tratamientos especiales en función de lo que pretendamos conseguir. Este tratamiento terciario engloba técnicas dispares que se aplican individualmente, cuyo fin es siempre el mismo: eliminar contaminantes muy concretos.

Tabla de Técnicas de Tratamiento Terciario:

• Desinfección:
  • Métodos químicos: cloración y ozonización.
  • Métodos físicos: radiación ultravioleta, radiación gamma, osmosis inversa.
• Técnicas de afino
• Eliminación de nitrógeno
• Eliminación de fósforo
• Adsorción
• Intercambio iónico
• Técnicas de membrana: ultrafiltración, diálisis, electrodiálisis, osmosis inversa.

Desinfección

El agua de salida del tratamiento secundario aún contiene gérmenes patógenos que será necesario eliminar en función de los usos posteriores. Los métodos de desinfección pueden ser químicos o físicos.

Los métodos químicos son la cloración y la ozonización:

• Cloración: Es el método más extendido. El cloro es un oxidante potente que destruye gérmenes, elimina tóxicos o reduce mucho su concentración, y actúa sobre la materia orgánica.
• Ozonización: Oxidante muy potente capaz de desinfectar al mismo tiempo que elimina olores y sabores extraños. Oxida sustancias orgánicas e inorgánicas, incluso metales pesados. No genera residuos.

Los métodos físicos de desinfección son:

• Radiación ultravioleta: Proceso satisfactorio cuando se aplica con tasas muy bajas de materia en suspensión.
• Radiación gamma: Da buenos resultados; es cara y rentable cuando se tratan volúmenes enormes de agua.
• Osmosis inversa: Elimina incluso los gérmenes más pequeños (virus) debido a su diminuto tamaño de poro.

Técnicas de Afino

Consisten en eliminar la materia en suspensión y reducir la DBO₅ mediante la inyección de oxígeno y filtración a través de arena silícea.

Eliminación de Nitrógeno

Su eliminación se puede llevar a cabo por diferentes procesos, de los cuales el más frecuente es la eliminación biológica en dos fases: nitrificación (aerobia) y desnitrificación (anaerobia).

Eliminación de Fósforo

Normalmente hay bajas concentraciones de fósforo orgánico, pues las bacterias lo utilizan en su metabolismo. Si se dan valores altos de fósforo inorgánico, se eliminará por precipitación con sales de calcio, hierro o aluminio. Son las mismas sales que en el tratamiento de coagulación, por lo que cuando se lleve a cabo el procedimiento se eliminará una gran cantidad de fósforo. Aunque es posible que haya que proceder a una segunda instancia para eliminar una mayor cantidad.

Adsorción

Eliminación de las materias no biodegradables disueltas que se presentan en pequeñas cantidades individuales, pero que juntas suponen un deterioro de la calidad del vertido. También se pueden eliminar olores desagradables. Se utilizan sustancias con una gran superficie de contacto y cualidades adsorbentes. Fijan en la superficie los contaminantes, separándolos del agua. Posteriormente, los contaminantes podrán ser separados y volver a utilizarse el material adsorbente. Los residuos generados contendrán altas concentraciones de las sustancias citadas eliminadas y se deberán tratar conforme señale la normativa correspondiente.

Intercambio Iónico

Consiste en cambiar iones contaminantes por otros inocuos. Se lleva a cabo mediante resinas de intercambio que fijan en su molécula el anión o catión contaminante, cediendo al agua el inocuo. Estos podrían ser eliminados con un tratamiento similar pero a la inversa, obteniendo el contaminante concentrado en el lixiviado.

Técnicas de Membrana

Eliminan la materia disuelta, las moléculas orgánicas, iones, el agua y los virus. Varias técnicas con una característica común: todas ellas utilizan membranas con tamaños de poro variables en función de los componentes a separar.

• Ultrafiltración, nanofiltración, microfiltración: Diferencia en el tamaño del poro. Trabajan ejerciendo presiones bajas sobre el líquido.
• Diálisis: El paso de agua de un lado a otro de la membrana se realiza por diferencia de concentración.
• Electrodiálisis: La fuerza utilizada es la diferencia de potencial a ambos lados de la membrana. Desmineraliza sin eliminar la materia orgánica.
• Osmosis inversa o hiperfiltración: El agua se elimina desde la solución más concentrada en dirección al otro lado de la membrana. Precisa presión adicional elevada para llevarse a cabo. Tamaño de poro menor al resto de técnicas. Utilizado sobre todo para desmineralizar aguas con altos contenidos en sales disueltas.

Tratamientos de Fangos

Fines:

1. Reducir su volumen (eliminar parte del agua que contienen).
2. Disminuir su capacidad fermentativa.
3. Aumentar su manejabilidad.
4. Reducir los costes de transporte y eliminación.

Procesos:

• Concentración: espesamiento, flotación y centrifugación.
• Digestión: aerobia, anaerobia.
• Acondicionamiento-estabilización química: adición de reactivos.
• Deshidratación: eras de secado, filtración y centrifugación.
• Incineración.
• Evacuación.

Concentración

Se puede llevar a cabo por tres procesos:

1. Espesamiento por gravedad: Consiste en someter el fango a una sedimentación en espesadores. Es una decantación adicional.
2. Flotación: Solo se hace en fangos que contengan sustancias de menor densidad que el agua. Consiste en inyectar aire desde el fondo para que las partículas de lodo y las de baja densidad pasen a la superficie, donde se eliminarán mediante una rasqueta o recogedores.
3. Centrifugación: Para que la decantación sea más rápida, se somete el fango a una acción de la fuerza centrífuga.

Digestión

Sirve para eliminar la materia orgánica y estabilizar los fangos, disminuyendo su capacidad fermentativa. Puede desarrollarse de dos maneras: aerobia y anaerobia.

• Aerobia: Se lleva a cabo por bacterias que asimilan parte de la materia orgánica del fango. Requiere aporte de oxígeno durante el proceso, lo que precisa bastante energía; por esta razón solo se hace en plantas pequeñas. Los productos que se generan pueden afectar a la población bacteriana.
• Anaerobia: En una parte del proceso precisa ausencia total de oxígeno. Como producto final se obtienen biogases que se pueden utilizar como fuente de energía. En las depuradoras se utiliza para calentar el digestor. Como resultado del proceso de la digestión se obtiene un fango más mineralizado con una menor cantidad de sólidos volátiles, con un olor menos denso y una tasa reducida de agentes patógenos.

Acondicionamiento-Estabilización Química

Procedimiento que pretende mejorar las condiciones de filtración, reducir patógenos, olores y la capacidad fermentativa. Dos métodos:

• Tratamiento con cal: Facilita la deshidratación y, si se supera un pH de 12, se impedirá la vida bacteriana, con lo que se disminuirá la putrefacción y los olores desagradables. Tiempo de tratamiento de 3 horas para que la eficacia sea máxima. El pH alto hace que el efecto persista.
• Oxidación con cloro: Se utiliza con pequeños volúmenes de fango. Genera cloraminas y ácido clorhídrico que se incorporará al producto final.

Secado/Deshidratación

El objetivo es eliminar agua, haciendo más manejable el fango y reduciendo su peso, permitiendo su transporte, reutilización, incineración o depósito en vertederos. Los procedimientos empleados son tres:

• Las eras de secado: Consiste en extender los fangos sobre superficies extensas, dotadas de drenaje, y dejarlos secar al sol. Una vez deshidratados serán recogidos y evacuados.
• La filtración: Se hace sobre fangos digeridos, pero también sobre fangos brutos. Consiste en hacer pasar los fangos por la superficie de materiales porosos, que permitan pasar el agua sobrante y dejar los sólidos del fango. Para aumentar el tamaño de las partículas sólidas del fango, se añadirán sustancias químicas.
• La centrifugación:

Incineración

Los fangos son sometidos a temperaturas muy altas, con lo que se elimina una gran cantidad de agua y de materia orgánica que se convertirá en productos oxidados.

Evacuación

Una vez tratados los lodos es necesario evacuarlos, manteniendo un equilibrio entre las cantidades de entrada y salida, especialmente en las plantas que no disponen de sistemas de almacenamiento. Su destino puede ser el de vertido controlado o la reutilización. Se transporta en camiones.

Tecnologías de Bajo Coste

• Lagunaje
• Filtro verde
• Lechos de turba
• Contactores biológicos rotativos

Lagunaje

Es un procedimiento de depuración que consiste en depositar el agua en lagunas de estabilización construidas especialmente para este uso, donde se lleva a cabo un tratamiento biológico aerobio o anaerobio en función del diseño de cada laguna.

Ventajas: Costes de mantenimiento y explotación mínimos, gasto energético muy bajo, soportan bien las variaciones de carga, la eliminación de lodos se hace por periodos muy largos.

Inconvenientes: Se necesita mucho terreno, en el efluente puede haber aumento de materias en suspensión, problemas de eutrofización de los cauces, precisa más tiempo para completar la depuración.

Lagunas anaerobias

Son las primeras en las que se deposita el agua. En ellas se disminuye el contenido en sólidos y materia orgánica. Esta se va degradando, generando metano y dióxido de carbono. Son lagunas muy profundas, debiendo tener en la superficie una capa de flotantes que contribuirá a mantener el ambiente anaerobio en la masa de agua, favoreciendo la actuación de las bacterias facultativas. El tiempo de permanencia será entre 2 y 5 días, aunque puede modificarse. Se disponen en serie con lagunas facultativas y lagunas aerobias o de maduración.

Lagunas facultativas

Reciben agua de las lagunas anaerobias, aunque también se dan casos de influentes directos de alcantarillas. Tienen una capa superior aerobia y una inferior anaerobia. En medio hay una zona facultativa. Profundidad media 1 o 2 m. Es importante que se generen algas, pues funcionan de forma simbiótica con las bacterias. Las algas aportan oxígeno que precisan las bacterias, y estas, al degradar la materia orgánica, sintetizan nutrientes que sirven como alimento para las algas. El efluente producido será de buena calidad, habiéndose reducido sensiblemente la materia orgánica, la tasa de nutrientes y el número de coliformes.

Lagunas de maduración o aerobias

Reciben agua de lagunas facultativas, aunque también de efluentes de tratamiento biológico. Tras permanecer entre 7 y 10 días, mejoran las características del agua en cuanto a patógenos y DBO. Esta mejora se lleva a cabo debido a una serie de factores como las concentraciones elevadas de oxígeno disuelto, la acción de las radiaciones solares, aumentando la concentración salina, elevación del pH, y la presencia de predadores de bacterias, creando un ambiente favorable tanto para la degradación de sustancias orgánicas como para dificultar la vida de los gérmenes patógenos. Los compuestos nitrogenados se habrán transformado en nitratos que serán consumidos por el plancton o sometidos a desnitrificación, generando nitrógeno gas.

Filtro Verde

Consiste en depurar las aguas residuales urbanas previamente filtradas y, si es posible, desarenadas y desengrasadas. Las necesidades de terreno son considerables; oscilan aproximadamente sobre 1 hectárea por cada 200 habitantes. No se recomienda su instalación en suelos arcillosos ni arenosos.

Lechos de Turba

Este método consiste en aplicar el agua previamente filtrada y desengrasada sobre superficies preparadas con turba. Los efectos sobre el agua son semejantes a los descritos en el apartado anterior. Son debidos a su filtración, sus propiedades absorbentes, a la eliminación de sustancias coloidales y disueltas, y a su acción biológica.

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