Tratamiento de Aguas Residuales: Procesos y Reutilización

BIOMASA FIJA TRADICIONAL

LECHOS BACTERIANOS

VENTAJAS:

• Bajo consumo energético
• Explotación y mantenimiento sencillo
• No dan problemas de aerosoles, ruidos o Bulking
• Tienen menos problemas de espumas

DESVENTAJAS:

• Mayor Vol dl reactor q en FA
• Alta perdida de carga
• Altas recirculacions d agua tratada
• Aportación d Oxig, al ser natural, no controlable
• Resultados menos estables q en FA (flexibilidad)
• Peligro d atascamiento y necesidad d predecantacion efectiva.
• En tiempo frio, baja rendimiento
• El fango tiene q ser estabilizado
• No se puede diseñar con seg NITRIF ni DESNITRIF.

PROBLEMAS:

• Puesta en marcha es mas lenta q FA
• Si hay vertidos industrials, proceso puede inhibirse
• Si pretrat no adecuado, encharcamiento x colmatado
• Puedn generar olores x falta de oxigeno
• Puede aparecer moscas x falta de oxigeno

BIODISCOS:

VENTAJAS:

• Bajo consumo energético
• Vol del reactor menor
• No hay recirc. De ningún tipo
• No hay problemas de aerosoles, ruidos o Bulking.
• Menos prob. De espumas q en FA
• Poca perdida d carga
• Plantas facilmnte ampliables x módulos

DESVENTAJAS:

• No tienen flexibilidad suf frente oscilacions d carga
• Resultados menos stables q en FA
• Peligro d atascamiento y nec. D predecantacion efectiva
• Perdida de rendimiento en tiempo frio
• Fango tiene q ser estabilizado
• Se puede diseñar con seg. NITRIF, pero no DESNITRIF
• Diseño y montaje ha de ser riguroso
• El costo es lineal respecto al caudal
• La aport. De oxig, al ser natural, no ocntrolable

PROCESOS DE MBBR:

VENTAJAS:

• Funcionamiento estable
• Esquema sencillo al no haber recirc. De fango
• Menor Vol q en FA
• Permite la remodelación de plantas sobrecargadas d FA en flujo pistón
• Funcionamiento continuo
• En DEC 2, menos fango q en FA.

Coagulación-Floculación

REACTIVOS UTILIZADOS

R. COAGULANTEES

:

para desestabilizar coloide

• Orgánicos:
  Polímeros sintéticos. Prohibidos x toxicidad
• Inorgánicos:
  Sulfato de al y cloruro férrico. Se aportan en forma de sales.

R. FLOCULANTES

Aumentan tamaño d partículas desestabilizadas actuando como puente de uníón

• NATURALES

  
  Menos tóxicos
  1. ALMIDONES: gran peso molecular y forman largas cadenas
  2. ALGINATOS: procedn dl ácido alginico d las algas marinas
  3. Sílice ACTIVADA: poco estable y preparado insitu

• SINTÉTICOS

  
  Prohibido x toxicidad

R. COADYUZANTES

Ayudan proceso de coag y floc. (optativos)

• Corrección DEL PH

  
  

• Oxidación DE COMPUESTOS

  
  Elim. Compuestos org x oxidación (cloro,ozono)
• 
  

  DAR PESO A LAS Partículas

  Mejoran la sedimentación en aguas con poca turbidez. (Carbón act, arcillas)

Electrocoagulación

VENTAJAS:

• No hay gasto en reactivos químicos, ni instalaciones de almacenamiento, preparación y dosificación de estos.
• Arranque instantáneo.
• pH cerca del neutro.
• 90% menos de fango que en tratamiento fisicoquímico.
• Propicia metales pesados y debido a la formación de hipoclorito in situ se puede desinfectar parcialmente el agua.
• Equipos sencillos y de fácil operación
• Menos necesidad de espacio.
• Posibilidad de amplificación por módulos.
• Menor coste de instalación y montaje.

DESVENTAJAS

• Reposición de los electrodos de sacrificio
• Lodos con altas concentraciones de hierro o aluminio
• Mayor costo energético
• Pueden producirse capas de óxido metálico en el ánodo que impide el paso de la corriente eléctrica, disminuyendo la eficiencia del proceso.
• Al eliminarse materia orgánica, si hay presencia también de cloruros, es posible la formación de compuestos tóxicos.

Decantación

DECANTADOR DE PISOS

VENTAJAS:

• Reducción de la superficie ocupada.
• Reducción de los costes de instalación.
• Volumen de obra se puede reducir a la mitad.

DESVENTAJAS

• Anchura limitada.
• Distribución del flujo más compleja.
• Retirada del fango problemática.
• Difícil mantenimiento de los equipos sumergidos.

Decantación LASTRADA

VENTAJAS:

• Menor tiempo de mezcla lenta (x5).
• Aumento de la velocidad de sedimentación del floculo (x200-300).
• Reducción del espacio (x4-5).
• Requiere menos obra civil para las instalaciones.

DESVENTAJAS

• Mayor complejidad de operación.
• Perdidas de arena si hay problemas de operación.
• Mantenimiento y limpieza de las lamelas

Decantación LAMENAR CON RECIRC D FANGOS (DENSADEG)

VENTAJAS:

• Soporta fuertes variaciones de carga hidráulica y es poco sensible a las variaciones de carga y caudal de agua bruta.
• Utilización optima de los productos químicos.
• Puesta en marcha muy rápida y automatizada (10-30 mins)
• Construcción sencilla y rápida, hay unidades prediseñadas.
• Menor tiempo de floculación y sedimentaciónà menos espacio ocupado.

DESVENTAJAS

• Mayor complejidad de operación
• Mantenimiento y limpieza de lamelas.

Filtración

FILTROS Rápidos:

VENTAJAS:

• Mayor caudal tratado à menos superficie.
• Menor coste de construcción.
• Menor tiempo de parada.
• Limpieza automatizable.

DESVENTAJAS:

• Agua cuidadosamente retratada.
• Menor afinado.
• No garantiza retención de microorganismos.
• Mayor consumo de agua de lavado.

Filtración ASCENDENTE CON LAVADO CONTINUO

VENTAJAS:

• Mejor resultado en filtración de contacto que los filtros descendentes.
• Eficiencia no influenciada por el tamaño del floculo.
• No usa agua de lavado para la limpieza (se pierde un 10%).
• No existen boquillas ni falso fondo.

DESVENTAJAS:

• Lecho filtrante muy profundo: aumentando los costes de construcción.
• Primer filtrado muy turbio.
• No puede usarse sin decantación previa xq los flóculos se escapan y atascan el filtro.

Absorción CON Carbón ACTIVO

Carbón ACTIVO EN POLVO

VENTAJAS:

• 2-3 veces más baratos que el granular.
• Pueden dosificarse en exceso en caso de puntos de contaminación.
• Menos coste de inversión.
• Cinética de adsorción rápida debido a que su superficie es fácilmente accesible.
• Favorece la decantación al espesar el floculo

DESVENTAJAS:

• No puede regenerarse si se utiliza junto con reactivos de coagulación.
• Difícil eliminar las trazas de impurezas si no se añade exceso de carbón activo.

Carbón ACTIVO GRANULAR

VENTAJAS:

• Más efectivos
• Posibilidad de regeneración del carbón

DESVENTAJAS:

• Necesidad de un tratamiento previo para reducir la carga org y elim los SS q pueden interferir en la adsorción.
• Se requiere de varias columnas para q el sistema opere en continuo.

Desinfección

CLORO

CLORO GAS:

VENTAJAS:

• Económico.
• Costes de mantenimiento mejorados.
• Es un desinfectante y oxidante muy enérgico.
• Instalación automatizada con buen rendimiento.

DESVENTAJAS:

• Gas toxico y peligroso de manejar
• Disminuye el pH del agua.
• Coste de los equipos de dosificación y alimentación elevado.
• Inestable frente a radiación solar.
• Forma cloraminas y trihalomenatos.
• Produce olor y sabor.
• Su dosificación necesita personal especializado.

HIPOCLORITOS:

HIPOCLORITO SÓDICO:

proviene de la lejía

VENTAJAS:

• Bastante económico.
• Muy fácil de manejar y dosificar.
• Mantenimiento muy barato.

DESVENTAJAS

• Aumenta el pH del agua.
• Mayor superficie de almacenamiento.
• Muy inestable frente a la radiación solar y el calor.
• Forma cloraminas y trihalomenatos.
• Puede dar sabor y olor.

HIPOCLORITO CÁLCICO

Proviene de las pastillas para piscinas

VENTAJAS:

• Muy fácil de manejar, dosificar y almacenar
• Muy estable

DESVENTAJAS

• Más caro que el cloro gas y el hipoclorito sódico
• Aumenta el pH, dureza y alcalinidad del agua
• Inestable frente a la radiación solar
• Forma cloraminas y trihalomenatos
• Puede dar sabor y olor.

DIÓXIDO DE CLORO:

Es un oxidante tan fuerte como el cloro gas. Debe generarse in situ a partir de clorito sódico mezclado con cloro gas o ácido clorhídrico.

VENTAJAS:

• Excelente desinfectante.
• No reacciona con amoniaco ni con compuestos orgánicos, por lo que no forma cloraminas ni trihalomenatos.
• Destruye los fenoles y un 30% de los precursores orgánicos.

DESVENTAJAS:

• 
  Se descompone en cloritos y cloratos tóxicos.
• Equipo de generación caro.
• Generación in situ.
• Operación y mantenimiento más complicado.
• Puede resultar toxico.
• Su acción depende mucho del pH.

CLORAMINAS

Se generan mezclando cloro y amoniaco. Es el menos eficaz como desinfectante pero el más persistente.

VENTAJAS

• Residual más estable y persistente
• Previene la formación de olor y sabor a clorofenol
• Se forman menos trihalomenatos

DESVENTAJAS:

• Requieren mayor dosis y tiempo de contacto
• Reacción de desinfección más lenta
• Menor poder oxidante y germicida
• Puede promover el recrecimiento de algas

OZONO

VENTAJAS:

• Más eficaz que el cloro en la eliminación de olor, sabor y cloro, y en la destrucción de las bacterias, virus y otros organismos.
• No forma cloraminas, THM o clorofenoles.
• Destruye fenoles y precursores orgánicos.
• Tiempo de contacto corto
• No produce olor y sabor
• Oxigena el efluente
• Su acción no depende del pH.

DESVENTAJAS:

• Corrosivo, irritante y toxico
• No tiene efecto residual
• Generación in situ porque es muy inestable
• Alto coste de inversión, mantenimiento y explotación
• Funcionamiento y mantenimiento complejo
• Produce bromatos

RADIACIÓN ULTRAVIOLETA:

VENTAJAS:

• No genera subproductos ni modifica la composición química del agua
• No genera problemas de sobredosis
• No produce olor y sabor
• Su acción no depende del pH y temperatura
• Alta eficacia sobre microorganismos reporulados o enquistados
• Elimina la necesidad de transportar, almacenar, dosificar y manipular producto químico.
• Equipo ocupa menos espacio, diseño versátil y menores riesgos para el operario.

DESVENTAJAS:

• Acción depende de la calidad del agua
• Posibilidad de recuperación de algunos microorganismos
• No tiene efecto residual
• Coste de inversión inicial del equipo
• Mantenimiento y explotación caro.

Desalación

PRETRATAMIENTO

Desinfección para elim hierro y manganeso, coagulación, floculación y decantación o filtración. Ademas, en función del agua:

Cloración (evitar desarrollos bacteriológicos), Coagulación, Acidificación (reducir pH), Flotación CON AIRE DISUELTO (DAF)(elim grasas, MO y algas en suspensión), Filtración, Adición DE DISPERSANTE, DECLORACION y MICROFILTRACION (obtener SDI<>

Dosificación DE REACTIVOS

DESINFECTANTES

• HIPOCLORITO Sódico/Cálcico:

  
  dosificado x choque, Dióxido DE CLORO:
  Dosif. En dilución de agua

AJUSTE DE PH

Dosificar en zona de toma y en la de descraga

• Ácido Sulfúrico:

  
  baja pH + menor desarrollo bacteriológico, METABISULFITO:
  desinfectante + reduc de pH

COAGULANTE:

• CLORURO Férrico:

  
  diluido y con mezclador estático, AYUDANTES D Coagulación:
  polielectrolito carionico

PROTECTORES:

• DISPERSANTES:

  
  evita precip. De sales solubles en la membrana, ANTI-OXIDANTE:
  Eliminar oxidantes como el cloro

Flotación (DAF)

PROCESO:

• Coagulación/floculación del agua entrante. Inyección de microburbujas: formando una cortina de burbujas (agua blanca). Las burbuja de aire se generan por un compresor de aire y se disuelven en el agua a través de un saturador del tipo calderín de presurización. La materia flotada se elimina en superficie, mediante un rascador, hacia un canal de evacuación. El agua clarificada fluye hacia el fondo de la cámara y sale por un vertedero.

VENTAJAS:

• Mejor rendimiento en la eliminación de partículas ligeras (algas)
• Menor turbidez del efluente.
• Concentración elevada de fangos flotados.
• No es tan sensible a la temperatura.
• El tiempo de puesta en marcha es muy corto.
• Dosis más baja de coagulante y tiempo de floculación más corto.
• Puede operar con velocidades ascensionales más altas àmenor superficie necesaria.

Filtración AVANZADA

FILTRACIÓN DE ANILLAS

Se usan en España. Son anillas cruzadas y el agua va de fuera a dentro. Ha resultado ser un sistema competitivo para:

• Reducir la incidencia de problemas operativos debidos al ensuciamiento de las membranas. Proteger la integridad de las membranas. Y Reducir la carga contaminante.

FILTROS DE CARTUCHO

Consiste en meter cartuchos dentro de una tuba, funcionando a presión, de fuera a dentro. También se llaman filtros de seguridad. Necesitan ser limpiados periódicamente.

FILTROS DE PRECAPA

Son filtros de cartuchos a los que se les coloca un recubrimiento de tierra de diatomeas que hace una filtración por debajo de 20 micras. Filtra de abajo arriba y desde el exterior al interior. La duración de la precapa es 18-48 horas. El poder de retención es muy importante. El filtro debe estar en servicio o en recirculación para que se mantenga la precapa sobre los cartuchos.

FILTRACIÓN CON MEMBRANAS

Utiliza una estructura de dimensiones laterales mucho mayores que su espesor a través de cual la transferencia de masa puede ocurrir debido a fuerzas directoras. Los posibles procesos son: Microfiltración, Ultrafiltración, Nanofiltración y Ósmosis Inversa.

SISTEMAS DE Recuperación DE Energía:

TURBINA PELTON

Transforma la energía potencial que lleva la salmuera en energía cinética mediante inyectores y la energía cinética se transforma en velocidad (energía de rotación). La salmuera sin energía sale por gravedad al sistema de drenaje. 1 o 2 redes y cada rueda 1 o 2 inyectores.

CÁMARAS ISOBÁRICAS

Recupera un 90% de la energía. Trasmiten la energía potencial de la salmuera al agua bruta mediante pistones. Funcionan de forma rápida o lenta. Realmente son intercambiadores de presión. Distintos tipos según el fabricante:

• Dweer (lento)

  
  2 tubos paralelos con una válvula interior que comprime el agua y al abrir la tapa sale con presión.
• 
  

  PX (rápido):

  tubo cilíndrico cerámico con 2 tapas que van girando. Si coinciden los agujeros de las tapas sale y sino no.

CONVERSOR HIDRULICO-TURBOCHARGER:

Es un equipo que combina en un mismo eje una bomba centrifuga y una turbina (bomba invertida). No usa motor y la energía que recupera la turbina la emplea la bomba para incrementar la presión del agua de alimentación. El rendimiento varía en función del caudal que llega a la bolsa, está entre 60-80% y los caudales de 300 a 5000 gpm.

LIMPIEZA DE LAS MEMBRANAS

La membrana está sucia cuando hay una perdida de carga, perdida de caudal o perdida de calidad del 10-15%. Hay que determinar el ORIGEN Y TIPO DE ENSUCIAMIENTO:

• Fisicoquímico

  
  Adsorción de moléculas sobre la superficie de la membrana o su interior.
• 
  

  Químicos

  Poca solubilidad en la capa de polarización o insolubilización por cambio de condiciones.
• 
  

  Mecánicos

  Depósitos en los poros de la membrana.
• 
  

  Hidrodinámicos

  Irregularidad en el reparto del flujo.
• 
  

  Otros

  Ensuciamientos extraños, azufre coloidal...

LOS AGENTES QUE INTERVIENEN en el ensuciamiento son:

Metales

Hierro, manganeso y aluminio. El hierro y el manganeso suelen encontrarse en aguas subterráneas.

Sales

Incrustaciones de carbonato cálcico que se incrustan en la superficie de las membranas.

Agentes químicos:

Proceden de reacciones químicas entre compuestos incompatibles.

Coloides y sólidos en suspensión:

son los más comunes, arcillas, sílice coloidal y/o bacterias.

Compuestos orgánicos:

ácidos que resultan de la degradación de hojas y otras plantas.

En función del ensuciamiento y de los precipitados se utilizará una limpieza ácida (cítrico, fosfórico y clorhídrico) o básico (fosfórico y sulfámico).

PROCESO LIMPIEZA:

• Desplazamiento del agua de mar.
• Llenado de membranas con la solución de limpieza.
• Recirculación a bajo caudal durante 15-30 minutos.
• Remojo de las membranas de 1 a 12 horas.
• Recirculación al máximo caudal 1 hora.
• Desplazamiento del producto de limpieza con agua de mar.

POST-TRATAMIENTO

Si el agua es para consumo HUMANO:

• Equilibrio químico

  
  Eliminar la alta agresividad.
• 
  Dureza (caliza – magnesio)

En caso del uso INDUSTRIAL:

• Control del SAR

  
  La relación de adsorción de sodio SAR es un parámetro que refleja la posible influencia del ion sodio sobre las propiedades del suelo, ya que tiene efectos dispersantes sobre los coloides del suelo y afecta a la permeabilidad. Depende de la concentración de todos los cationes, no únicamente del sodio.
• 
  

  Remineralización

  Añadir bicarbonatos al agua tratada para aumentar la alcalinidad, aumentar el pH y reducir el grado de agresividad según el Índice de Langelier (aprox. 0).
• 
  

  Reducción de Boro

  Puede realizarse por ósmosis inversa (membranas de baja salinidad con alto rechazo de boro) o por intercambio iónico (tratando parte del agua por columnas con resinas de intercambio físico que regeneran con ácido sulfúrico y sosa caustica.
• 
  

  Desinfección del agua tratada:

  permite al agua ser utilizada como potable, protegiendo el crecimiento de bacterias en el deposito y en la red. Hipoclorito sódico, cloro gas, hipoclorito cálcico...

TRATAMIENTO DE LOS VERTIDOS:

• Salmuera

  
  Se devuelve al mar mediante un emisario submarino. En el emisario hay un efecto dilación, transporte. Al llegar a la superficie la luz solar lo desinfecta. Para evitar que lo que salga del emisario sedimente es obligatorio realizar una decantación primaria (Nss = 60%; Ndbo50 = 35%). Para que se forme el penacho es obligatorio darle Vasc, colocando muchos difusores para alterar el fondo.
• 
  

  Efluente

  Todos se llevan a un tanque de homogeneización. Se neutraliza el pH. Puede ser necesario retirar sólidos o no. Si es necesario: coagulación, floculación, decantación lamelar y secado.

REUTILIZACIÓN DE AGUA

CRITERIOS CALIDAD RD 1620/2007

PARÁMETROS COMUNES A TODOS LOS USOS

• Escherichia Coli
• Nemátodos intestinales
• SS y Turbidez

PARÁMETROS COMPLEMENTARIOS (SEGÚN USOS)

• Legionella spp

  
  En riesgo con aerosolización, refrigeración industrial y otros usos industriales
• Tenia saginata y solium.
  En riego de pastos para consumo de animales productores de carne
• Fósforo.
  En masas de agua estancada
• Nitrógeno.
  En recarga de acuíferos
• Salmonella.
  Riegos de cultivos consumibles en crudo o elaborados. Riego de pastos. Aguas de proceso y limpieza en la industria alimentaria.
• 
  

  Otros:

  SAR, metales y otros microcontaminantes.

Gestión DE RIESGOS (REGLAMENTO EUROPEO)

1. Descripción detalla de todo el sistema de reutilización
2. Detección de peligros potenciales
3. Detección de entornos, poblacions o individuos con riesgo a exposición directa o indirecta
4. Evaluación de riesgos medioambientales
5. Ampliación de los requisitos relativos a la calidad del agua
6. Identificación de medidas preventivas
7. Garantizar procedimientos y sistemas d control de calidad
8. Garantizar sistemas de control medioambiental
9. Garantizar un sistema adecuado d gestión d incidentes y emergencias

OBJETIVOS D LOS PROCESOS DE TRAT DE Regeneración DE LAS AGUAS

Materia coloidal y en suspensión, microorg. Patógenos y parásitos, nutrientes, sales solubles, micro contaminantes orgánicos e inorgánicos y parámetros agronómicos.

PROCESOS DE Regeneración MAS COMUNES

REUTILIZACIÓN Básica:

trat biológicos secundarios para la reduc d materias en suspensión y la elim de nutrientes como el Nitrog y el fósforo.

TRATAMIENTOS TERCIARIOS:

Trat donde además de reutilización básica, se añade filtración para elim mayor cant. De materias en suspensión y un proceso de desinfección. También podríamos incluir los reactores biológicos de membranas (MBR).

TRATAMIENTO TERCIARIO AVANZADO

Trat. Q además d incluir los 2 anteriors, añaden Oxidaciones Avanzadas (AOP) y luego una etapa de absorción de los subproductos generados.

TRATAMIENTO MULTI-BARRERA, MULTI-MEMBRANA O TRIPLE BARRERA

Incluyen etapas de Micro o Ultra-Filtración, Nano-Filtración u Ósmosis inversa, seguidas de una desinfección o AOP.