Tratamiento de Aguas Residuales: Tecnologías y Procesos

Tratamiento Primario de Aguas Residuales

Separación de Sólidos: En esta etapa inicial, se eliminan los sólidos en suspensión más finos que no fueron separados en el pretratamiento.

1. Control de pH

Etapa previa a la precipitación, coagulación-floculación, proceso biológico y etapa final antes del vertido. Se basa en el principio de que ácido + base = sal + agua. Existen diferentes procesos de neutralización:

• Aguas ácidas: Se adicionan bases fuertes (CaO, MgO, NaOH) en un tanque agitador.
• Aguas básicas: Se adicionan ácidos minerales en un tanque agitador.
• Control en etapas múltiples: En la primera etapa, el pH no tiene una dependencia lineal con la concentración de reactivos, especialmente en pH=7. La variación del pH puede ser muy rápida, los caudales experimentan oscilaciones y los volúmenes de reactivos a mezclar con caudales grandes son muy pequeños.

2. Coagulación-Floculación

Se busca clarificar el agua eliminando la turbidez causada por la materia en suspensión o coloidal. Los coloides están estabilizados por cargas superficiales electrostáticas que originan fuerzas de repulsión que impiden la aglomeración. La coagulación consiste en neutralizar la carga superficial por adición de electrolitos. La floculación es la formación de flóculos para la unión de partículas mediante procesos mecánicos/químicos. Se utilizan polielectrolitos no iónicos, catiónicos y aniónicos.

3. Sedimentación

Separación por gravedad de partículas con mayor peso específico que el agua. Existen cuatro tipos de sedimentación:

• Partículas discretas: Las partículas sedimentan por sí solas (Newton y Stokes).
• Floculenta: Las partículas interactúan entre ellas antes de sedimentar, formando flóculos.
• Retardada: Sedimenta una masa.
• Compresión: Por el peso de la masa de partículas sedimentadas.

La velocidad de sedimentación es diferente y depende del tamaño de las partículas. Equipos sin rascado: cilindro-cónico y lamelar. Equipos con rascado: rectangular y succión de fangos.

4. Flotación

Se separan las partículas introduciendo pequeñas burbujas de aire en la fase líquida. Las burbujas se adhieren a las partículas y flotan, permitiendo eliminar mejor y más rápido las partículas pequeñas de depositación lenta. Se recogen por rascado superficial.

• Flotación por aire disuelto: Se inyecta aire mientras el líquido está a baja presión, luego se libera la presión. Disposición de flujo total y de recirculación.
• Flotación por aireación.
• Flotación por vacío.

Tratamiento Secundario de Aguas Residuales

Eliminación, estabilización o transformación de la materia orgánica biodegradable. Se trata de reducir la DBO mediante la utilización de microorganismos.

1. Eliminación Mecánica de la Materia Orgánica

La materia orgánica puede estar en forma de coloides, suspensión o disuelta.

• Absorción física: Materia orgánica coloidal y en suspensión.
• Arrastre con aire: Contaminantes orgánicos volátiles.
• Biodegradación aerobia y anaerobia.

2. Metabolismo Bacteriano

Los organismos necesitan fuentes de energía y carbono para la síntesis de nueva materia celular y elementos inorgánicos.

3. Cinética del Crecimiento Biológico

En la biodegradación se producen procesos bioquímicos y fisicoquímicos de manera simultánea. Se produce la síntesis de nuevas células y microorganismos, y la auto-oxidación celular.

4. Características de la Oxidación Biológica

• Biodegradabilidad: Depende de la estructura de la materia orgánica.
• Nutrientes y pH: Necesidad de nutrientes (6.5-8.5).

5. Procesos Aerobios de Cultivo en Suspensión

• Lagunas aireadas: 5000 m² (artificiales, profundidad 1-5 m, dos semanas, aerobias (residuales con mucha materia orgánica en suspensión) y facultativas (trabajan en presencia o ausencia de oxígeno).
• Estanques de estabilización: 60,000 m², profundidad 1-2 m, 40 días, tres clases: aerobios, facultativos y anaerobios. Se puede eliminar hasta el 70% de la materia orgánica.
• Fangos activados: La materia orgánica permanece en suspensión con aporte continuo de oxígeno, hasta el 90% de DBO.

6. Procesos Aerobios de Cultivo Fijo

El agua residual se hace pasar a través de un medio filtrante, donde los microorganismos están adheridos.

• Filtros percoladores: Menor coste de aporte de O₂ y menor sensibilidad, pero se pueden atascar.
• Rotatorios de contacto: Necesitan el mínimo terreno, consumo de energía bajo, pero necesitan control de temperatura y velocidad de giro.

Tratamiento Terciario de Aguas Residuales

Eliminación de contaminantes que no han sido tratados hasta el momento, con especial atención al tratamiento de nutrientes.

1. Eliminación de Materia Orgánica No Biodegradable

• Adsorción sobre carbón activado: No destructivo, retención de una especie molecular iónica sobre la superficie de un sólido adsorbente mediante interacciones fisicoquímicas. Se utiliza polvo de carbón activo en la etapa de coagulación-floculación (20-200 mg/L). El carbón se separa en la sedimentación y se regenera. Reduce instalaciones y adiciones, elimina a la vez materia orgánica biodegradable y no biodegradable.
• Oxidación química: Destructivo, usa ozono que se obtiene mediante descarga eléctrica sobre aire comprimido u oxígeno puro. Se descompone rápidamente en agua, pH 7, 20-30 minutos. Reduce olor, color, DQO y aumenta DBO. También se usa peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador que genera productos biodegradables.
• Oxidación por aire: Eficacia >99%, proceso caro por las altas temperaturas y presiones. En aguas residuales con altas cargas de contaminantes puede aprovechar el calor liberado en la combustión.

2. Eliminación de Materia Inorgánica Disuelta

Intercambio iónico donde se emplean resinas intercambiadoras de iones del mismo signo y a velocidad elevada. Se usan para ablandamiento y desionización de aguas de calderas y refrigeración.

Desinfección

Destrucción de microorganismos patógenos responsables de la transmisión de enfermedades infecciosas. Obligado en potabilizadoras y optativo en plantas depuradoras. Métodos físicos (hervir agua, radiación UV, ultrasonidos). Químicamente han de ser tóxicos en bajas concentraciones para los virus, no tóxicos para el hombre, eficaces a temperatura ambiente, capaces de destruir materia orgánica no biodegradable y baratos. El más utilizado es el cloro, que cumple la mayoría de los requisitos.

Vertido

Procedimiento para deshacerse de residuos sólidos urbanos o como tratamiento final.

• Vertido libre: Varios problemas: presencia de roedores e insectos, riesgo de incendios, olores desagradables, contaminación del agua y del aire.
• Vertido controlado: Mejora del vertido libre, gestión de residuos no peligrosos, inertes y peligrosos. Se producen reacciones entre los componentes de los residuos que originan productos gaseosos y líquidos, estas corrientes tienen que recogerse y tratarse. Además, se necesita un estudio del terreno de ubicación e hidrogeológico. Ventajas: fácil implantación, costes reducidos de instalación y funcionamiento, capacidad de absorber variaciones de producción, reutilización del terreno una vez clausurado. Desventajas: no aprovecha los recursos/materiales de las basuras, gran superficie de terreno, coste de transporte.

Formas de vertido: Trinchera (excavar terreno), área o zona (no es posible excavar), depresión (depresión natural o artificial).

Compactación: Baja densidad (500-600 kg/m³, cubrición diaria), media (750-900 kg/m³, cubrición periódica para insectos y roedores), alta (con maquinaria pesada, 1100 kg/m³, no se cubren, presencia de insectos, roedores y olores).