Línea de Aguas

1. Pre-tratamientos

Objetivo: Eliminar una serie de sustancias o materia orgánica y preparar el agua residual para su depuración. Con el pretratamiento se facilitan los tratamientos posteriores que se realizarán al agua, con el objetivo de depuración. Pueden realizarse uno o varios procesos en el pretratamiento, según los requerimientos, aunque varios de ellos son imprescindibles.

Podemos realizar:

  • a. Desbaste: Consiste en la eliminación de la materia de gran volumen, ramas, piedras, botellas, trapos y materia que pueda bloquear los colectores y bombas. La eliminación de dicha materia se realiza mediante el uso de rejas o cuchara anfibia. El desbaste puede ser grueso con barrotes o rejas de separación de 5-10 cm o fino con barrotes de 1,5 a 5 cm. Estos barrotes o rejas se limpian de forma manual o automática.
  • b. Tamización: Se trata de un desbaste mucho más fino que en el caso anterior, se emplean tamices rotatorios o de banda continua.
  • c. Trituración: Se utiliza para reducir el tamaño de la materia presente en el agua. Se realiza con trituradoras o dilaceradores. Es una técnica alternativa al desbaste.
  • d. Desarenado: Consiste en la eliminación de arena del agua residual, se realiza en tanques que retiran del agua la arena, grava y cristales, así como cualquier materia con tamaño superior a 200 micras. Se retira materia no biodegradable que puede producir abrasión en los dispositivos de la depuradora. Existen 2 tipos de desarenado: por gravitación y por aireación (insufla aire a presión). La extracción de la arena puede ser: manual, mecánica (cinta sin fin y tornillo de desarenado) y bombas de aire.
  • e. Desengrasado: El contenido de grasas y aceites en el agua residual suele ser abundante y ocasiona grandes problemas en su depuración. Las grasas y aceites se eliminan por flotación, favorecida con aireación. El desarenado y desengrasado puede hacerse conjuntamente.
  • f. Control de olor: En la depuración del agua residual se genera ácido sulfhídrico (olor a huevo podrido), así como derivados clorados, peróxidos y sales de hierro, cobre y zinc que dan lugar a la producción de gases malolientes. Estos gases son recogidos por aspiradores que se llevan a tanques donde se someten a tratamiento con productos químicos y carbón activo.
  • g. Medida de flujo o caudal: Control del agua que entra en la EDAR mediante canal de Parshall o medida electromagnética.

2. Tratamiento Primario

El objetivo principal del tratamiento primario es la eliminación de sólidos sedimentables y se lleva a cabo mediante:

  • a. Coagulación
  • b. Floculación
  • c. Sedimentación
  • d. Neutralización
  • e. Tanques de Imhoff o fosa séptica: pequeñas comunidades

a. Coagulación

Se lleva a cabo mediante la adición de sales trivalentes de aluminio y hierro, se produce la anulación de la carga eléctrica de las partículas, dando lugar a la desestabilización de las mismas.

b. Floculación

Se produce la formación de aglomerados o flóculos de las partículas desestabilizadas, se adicionan compuestos sintéticos aniónicos, entre ellos derivados de la celulosa y las poliacrilamidas. La coagulación-floculación se lleva a cabo de forma conjunta en un proceso de 2 etapas. La coagulación se lleva a cabo en tanques de mezcla rápida y la floculación en tanques de mezcla lenta.

c. Sedimentación

Se trata de un proceso de eliminación de sólidos en suspensión susceptibles de separación por diferentes densidades. En esta etapa se generan los fangos primarios y espuma en la superficie del decantador que debe ser retirada. La sedimentación puede ser dinámica o estática.

d. Neutralización

En ocasiones, las aguas residuales contienen ácidos o álcalis con un pH muy alto o muy bajo, cuya acción debe ser neutralizada antes de su vertido o de su tratamiento biológico. Aumento del pH con NaOH y bajada de pH con CO2, H2SO4 o HCl.

e. Tanque de Imhoff o fosa séptica

En pequeñas depuradoras se puede realizar el proceso de sedimentación de sólidos junto al de la digestión anaerobia de los fangos.

Controles del Proceso:

  • Observación visual
  • Control del caudal
  • Edad de los fangos
  • Bombeo de fangos
  • Controles analíticos

3. Tratamiento Secundario

Consiste en la degradación de la materia orgánica del agua residual por métodos biológicos. Los microorganismos utilizan la materia orgánica como fuente de alimento.

Se denomina tratamiento biológico, inspirado en el proceso natural de autodepuración, pero alterando determinadas condiciones para aumentar el rendimiento. La degradación se produce por una serie de reacciones bioquímicas en las que los microorganismos descomponen los compuestos complejos presentes en el agua residual.

Objetivo:

  • Eliminación de materia orgánica.
  • Eliminación de N y P.
  • Eliminación de microorganismos patógenos.
  • Eliminación de metales y tóxicos.

Factores a Controlar:

  • Temperatura: 12º-38º C.
  • pH: entre 6,2-8,5 (enzimas activas).
  • Homogeneización.
  • Presencia de inhibidores: aluminio, cadmio y plomo.
  • Oxígeno.
  • DQO y DBO.
  • Presencia de microorganismos filamentosos: rotíferos, que dan lugar a fangos poco sedimentables.
  • Nutrientes: debe existir un mínimo de nutrientes.
  • Diseño del proceso: tiempo de aireación, volumen, concentración de fangos activos en el reactor, etc.

Tipos de Tratamiento:

  • Biomasa fija en sustrato: pequeñas cantidades de agua.
    • Biodiscos y biocilindros (soporte de material inerte con bacterias, el agua cae lentamente).
    • Lecho bacteriano, filtros biológicos o percoladores: agua a contracorriente por material poroso.
  • Biomasa en suspensión: grandes cantidades de agua.
    • Fangos activos: reactor biológico y decantación.

Problemas:

  • Esponjamiento filamentoso o bulking.
  • Esponjamiento biológico o foaming.
  • Fangos ascendentes.

4. Tratamiento Terciario

Objetivo: Mejorar aún más la calidad del agua sometiéndola a tratamientos especiales. Directiva Europea 91/271 de 21 de mayo de 1991. Indica que al agua debe hacerse un tratamiento adecuado para posterior vertido o utilización, dependiendo del receptor se realizarán unos tipos de tratamiento u otros más o menos exigentes. Eliminamos sustancias que aún quedan en el agua después del tratamiento secundario: sólidos disueltos, nutrientes, nitrógeno, fósforo…

Intervienen Distintos Mecanismos en Este Tipo de Tratamiento:

  • Físicos: filtración, tamización, arrastre por aire.
  • Químicos: desinfección, intercambio iónico y precipitación.
  • Biológicos: nitrificación y desnitrificación.

Procedimientos de Tratamiento Terciario:

Generalmente, el tratamiento terciario se resume en la reducción de nutrientes, tales como el nitrógeno y el fósforo, y la eliminación de patógenos en caso de existir riesgo de epidemia mediante la desinfección.

Eliminación de Nutrientes

En el vertido de aguas residuales tratadas, el nitrógeno y el fósforo reviste una gran importancia. Los vertidos que contienen estos nutrientes provocan el proceso de eutrofización de lagos y embalses, estimulando el crecimiento de algas y plantas acuáticas arraigadas en cursos de agua poco profundos.

Eliminación de Nitrógeno

El nitrógeno en el agua residual bruta suele estar presente en forma de amoníaco o de nitrógeno orgánico (urea, aminoácidos), siendo ambas formas solubles. Sin embargo, suele presentar bajas concentraciones o nulas de nitrito o nitrato. La eliminación del nitrógeno por nitrificación-desnitrificación biológica es un proceso de dos etapas:

  • En la primera etapa, el nitrógeno amoniacal pasa a nitrato (nitrificación).
  • En la segunda etapa, los nitratos se convierten a nitrógeno gas (desnitrificación).

Eliminación de Fósforo

El fósforo se presenta en el agua residual en forma inorgánica y en forma orgánica. Los microorganismos utilizan el fósforo para la síntesis celular y en el transporte de energía. El método químico consiste en adicionar sales de hierro, aluminio o calcio con el objetivo de obtener fosfatos e hidróxidos de fósforo que decantan rápidamente. Por otro lado, los métodos biológicos de eliminación de fósforo, que tienden a desplazar a los químicos, se basan en la circulación alternativa de los microorganismos presentes a través de condiciones aerobias y anaerobias.

Desinfección

El agua de salida del tratamiento secundario aún contiene gérmenes patógenos, que serán necesarios eliminar en función de los usos posteriores. Los métodos de desinfección pueden ser físicos o químicos. Entre los químicos se utilizan: la cloración y la ozonización.

  • Cloración: Los compuestos de cloro, oxidante potente, actúan destruyendo las bacterias en mayor o menor grado. También eliminan bastantes tóxicos y materia orgánica, por lo que después de su tratamiento se reducirá aún más la DBO. Existen varios compuestos de cloro que podrían usarse en las plantas de tratamiento de aguas residuales ya que cumplen la misma función, estos son: el cloro gas (Cl2), el hipoclorito sódico (NaClO), el hipoclorito de calcio [Ca(ClO)2], y el dióxido de cloro (ClO2).
  • Ozonización: La acción del ozono se debe a que se transforma en oxígeno atómico, que es un oxidante muy potente. Elimina también otras sustancias y los malos olores y sabores del agua. Su uso tiene como ventaja que no deja residuos, y como desventaja su carestía. Entre los físicos se emplean la radiación ultravioleta y la radiación gamma.

Línea de Fangos

Origen de los Fangos

Las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas e industriales concentran los contaminantes separados en el proceso de depuración en forma de lodos o fangos. Contienen un alto porcentaje de agua y una carga orgánica considerable. Estos lodos se producen por sedimentación (decantación) en los procesos de depuración comentados anteriormente.

Provienen de:

  • Los fangos originados en la decantación primaria (lodos primarios).
  • Fangos procedentes de la decantación secundaria. Parte de estos lodos van al reactor biológico, otra parte se extrae y pasa a formar parte de los lodos en exceso que se van a tratar en este capítulo.
  • Fangos procedentes del reactor biológico, donde hay que purgar de vez en cuando.

Tratamiento de Fangos

A estos lodos hay que someterlos a procesos (tratamientos) que consigan:

  • Reducir su volumen. Habrá que quitarle parte del agua que contienen.
  • Reducir su capacidad fermentativa, que los hace inaplicables para su posterior uso. Se les reducirá su carga orgánica mineralizándola.

El tratamiento de los lodos depende de su composición y del tipo de agua residual del que provienen.

Las fases más usuales en un proceso de tratamiento y evacuación de fangos son:

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

Concentración de Fangos

Antes de proceder a la eliminación o a la estabilización de los fangos que se han separado del agua residual, es conveniente y rentable proceder a su concentración.

Mediante la concentración se obtiene un doble resultado:

  • Concentrar los fangos antes de su conducción a vertedero o a digestión. Se consigue un volumen de fango menor y, por tanto, menos costes de tratamiento.
  • Mezclar y homogeneizar fangos procedentes de varias fases de tratamiento.

Se puede llevar a cabo mediante tres procesos:

1º Espesamiento
  • Espesamiento por gravedad: El espesamiento de los fangos por gravedad se realiza previo paso por unos tamices, en cubas circulares de fondo dotadas de sistema de arrastre central que mueve unos peines giratorios situados en la parte inferior del tanque y cuya labor es la de liberar el agua ocluida en los flóculos de los fangos, produciéndose el espesamiento de los mismos. El sobrenadante que se obtiene en la parte superior es enviado a cabecera. Se utiliza, sobre todo, para los lodos provenientes del decantador primario.
2º Flotación

Se realiza con fangos ricos en grasas y ligeros. El proceso consiste en insuflar en el depósito finas burbujas de aire a presión desde el fondo. Las burbujas se adhieren a las partículas y suben con ellas hasta la superficie. De esta forma se forma en la superficie un manto de lodo que se recoge con una rasqueta superficial que barre el lodo hacia el depósito de digestión. La ventaja es que permite eliminar mejor y en menos tiempo las partículas pequeñas o ligeras que tardarían mucho tiempo en eliminarse por el procedimiento de gravedad. Los lodos provenientes del decantador secundario se separan muy bien en este tipo de espesadores.

3º Centrifugación

Se somete a los lodos a una centrifugación para que la decantación sea más rápida. El agua que se obtiene del espesamiento de los lodos va a la cabecera del proceso de depuración, antes del decantador primario.

Digestión – Estabilización

Sirve para eliminar la materia orgánica, es decir, estabilizando el lodo para que sea menos putrescible y maloliente. También sirve para eliminar los microorganismos patógenos que contiene. El proceso de digestión puede realizarse mediante:

  • Digestión aerobia: Eliminación en presencia de aire de la parte fermentable (materia orgánica) de los lodos. La materia orgánica se utiliza como material de síntesis que aumentará la biomasa. Cuando se consume la materia orgánica, los microorganismos entran en fase endógena, en la que se consume el material celular para el mantenimiento vital de los microorganismos. Si se prolonga la situación, la cantidad total de biomasa se reducirá considerablemente. La digestión aerobia se realiza en un reactor similar a los tanques de aireación en los procesos de tratamiento biológico secundario, y deberá preceder a un tanque de sedimentación. Es un procedimiento más rápido que el anaeróbico (10 – 20 días). Se suele utilizar en plantas depuradoras pequeñas.
  • Digestión anaerobia: Es el proceso de estabilización más utilizado, consiguiéndose un producto final aséptico. El proceso de digestión, en este caso anaerobia, se realiza en tanques completamente cerrados en los que intervienen varios tipos de microorganismos. Entre los más importantes y específicos de este proceso están, por un lado, las bacterias hidrolíticas, las productoras de ácidos y, por último, las bacterias productoras de metano.

Las hidrolíticas descomponen la materia orgánica en productos más sencillos. Las bacterias productoras de ácidos transforman la materia orgánica hidrolizada anteriormente en productos intermedios (propiónico, acético, …). Las bacterias productoras de metano actúan sobre dichos productos intermedios transformándolos en gases (metano y dióxido de carbono) y subproductos estabilizados. El proceso que se origina es lento y requiere unas condiciones determinadas. La temperatura será de 25 a 45ºC (37ºC) y el pH entre 6 y 8. Se produce en 2 fases:

  • 1ª fase se denomina fase ácida, con pH por debajo de 6,8.
  • 2ª fase se denomina metánica, la cual aumenta el pH a valores de 7,4, estas bacterias son muy sensibles a los valores de pH y se inhiben con valores inferiores a 6.

El biogás (metano y CO2) que se produce se puede utilizar como fuente de energía. Presenta como inconveniente el ser más lento, más sensible a tóxicos. Como ventajas: no se añade oxígeno (más barato), produce menos lodos (5% en lugar del 50% de la digestión aerobia), produce metano (rico en energía).

Acondicionamiento o Estabilización Química

Los fangos urbanos y muchos industriales tienen una estructura coloidal que los hace poco filtrables a la hora del secado posterior a la digestión, por lo que el sistema de filtración consigue un bajo rendimiento. Para evitar este inconveniente se añaden a los fangos reactivos floculantes, que rompen la estructura coloidal y le confieren otro carácter granular de mayor filtrabilidad. Los reactivos más utilizados son las sales de hierro (Cl3 Fe), sales de aluminio, cal (CaO) y/o polielectrolitos.

Deshidratación

Su objetivo es eliminar agua del fango para convertirlo en una pasta sólida fácilmente manejable y transportable. El sistema depende de la cantidad de fango y del terreno disponible. Hay muchos métodos diferentes de concentración:

  • Filtros prensa banda: Los filtros banda se encuentran entre los sistemas de concentración de lodos más utilizados en las plantas de tratamiento. Están formados por dos bandas de tela, entre las que se alimenta el lodo produciendo presión sobre él. El líquido pasa a través de las telas y la torta sale por el extremo de la banda.
  • Filtros de vacío: Los filtros de vacío se han utilizado durante muchos años. Sin embargo, con la evolución de los filtros banda y centrífugas, la utilización del filtro de vacío ha disminuido mucho últimamente. Básicamente, un filtro de vacío es un gran cilindro con cubierta de tejido que gira semisumergido en un baño de lodos.
  • Centrifugación: Consiste en someter a los lodos a una fuerza centrífuga, de hasta 5.000 veces la fuerza de la gravedad, de esta forma ocurre la separación sólido-líquido con mayor rapidez.
  • Eras de secado: Fue el primer sistema utilizado por su simplicidad y bajo costo. El procedimiento consiste en la disposición de los fangos a secar sobre una superficie al aire libre dotada de un buen drenaje.

Línea de Gas

Como se ha indicado anteriormente, cuando el proceso de digestión de fangos se efectúa por anaerobiosis, como consecuencia de las reacciones bioquímicas del mismo, se produce un gas denominado gas biológico o biogás, que tiene un contenido de metano de alrededor del 65-70%. Este gas tiene un alto poder calorífico. El resto de su composición lo constituyen gases inertes, siendo la mayor parte dióxido de carbono. El biogás puede convertirse, reutilizándolo, en un valioso subproducto a través del cual se suministra una gran parte de la energía que la EDAR necesita para su funcionamiento (hasta un 60% del total de la energía empleada).

Reutilización de las Aguas Depuradas y de los Lodos

Las aguas residuales urbanas son un valioso recurso que debería emplearse siempre que fuera posible, con las debidas medidas de protección sanitaria (OMS 1990).

Usos del Agua Depurada

A la hora de valorar el destino final del agua resultante depurada hay que tener en cuenta las características del entorno y la escasez de agua. También se valorarán las características del agua receptora (río, lago, embalse, etc.) que determinarán la calidad del vertido. Estas características vendrán determinadas por la legislación.

Los usos más importantes son:

  • Agricultura: cultivos, viveros/jardineros comerciales, producción de biomasa.
  • Paisaje: riego de parques, medianas de autopista, cementerios. Mejora y rehabilitación de marismas.
  • Municipal: extinción de incendios, acondicionamiento de aire, agua para WC, riego de zonas verdes urbanas.
  • Recarga de acuíferos: realimentación, lucha contra la intrusión marina (salinidad).
  • Ocio: lagos y estanques artificiales, aumento de caudales, nieve artificial.
  • Industria: refrigeración, alimentación de calderas, agua de proceso, grandes obras hidráulicas.

Usos de los Fangos

Existen varias soluciones básicas:

  • Eliminación mediante la incineración directa.
  • Arrojar a un vertedero controlado.
  • Aprovechamiento.

Incineración: Aunque es el sistema más caro, se usa con frecuencia simplemente porque reduce el volumen de lodos en más del 90% y produce una ceniza principalmente mineral (<5% de materia orgánica) que se puede transportar a vertedero.

Reutilización: Agua depurada (agricultura, paisaje, municipal, acuíferos, ocio, industria) y fangos (incineración, vertedero, aprovechamiento, de suelos, cierre de vertedero, escorias, embellecer, paisaje y compostaje).