TEMA 4:

AGUAS RESIDUALES

1. TIPOS DE AGUAS RESIDUALES Y REDES DE SANEAMIENTO

AGUAS BLANCAS♦ AGUAS RESIDUALES URBANAS (ARU)♦ AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES (ARI)♦ AGUAS RESIDUALES AGRÍCOLAS♦ CARACTERÍSTICAS Y COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES♦

CAUDAL◊ CARACTERÍSTICAS FÍSICAS◊ CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS◊ CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS◊

3. SISTEMAS DE DEPURACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES

TÉCNICAS CONVENCIONALES (DURAS)◊ PRETRATAMIENTO• TRATAMIENTO PRIMARIO• TRATAMIENTO SECUNDARIO• TRATAMIENTO TERCIARIO• TRATAMIENTO DE FANGOS• TÉCNICAS DE BAJO COSTE (BLANDAS)•

LAGUNAJE◊ FILTROS VERDES◊ LECHOS DE TURBA◊ BIODISCOS◊ DEPURACIÓN EN PEQUEÑASCOMUNIDADES

◊

4. DESTINO FINAL DEL AGUA Y FANGOS

1. TIPOS DE AGUAS RESIDUALES Y REDESDE SANEAMIENTO

Se clasifican las aguas residuales en función de suprocedencia:

− AGUAS BLANCAS

Procedentes de la lluvia, del deshielo, de la limpiezaurbana. Son aquellas aguas residuales cuyo contactocon actividades humanas ha sido mínimo y, por eso,están poco contaminadas.

− AGUAS RESIDUALES URBANAS (ARU)

También llamas aguas negras. Proceden

1

mayoritariamente de la actividad doméstica. Sucomposición es bastante constante y contienen:

detritus (heces, orina...)• residuos domésticos (detergentes,jabones, grasas)

•

gran cantidad de materia orgánica• gran cantidad de microorganismos•

− AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES(ARI)

Su composición es variadísima pudiendo contenercasi de todo:

productos químicos• residuos biológicos• metales• areniscas• ácidos• grasa• tóxicos•

− AGUAS RESIDUALES AGRÍCOLAS

Provienen de explotaciones agrícolas o ganaderas ytambién de la escorrentía producida en los terrenos.Contienen:

grandes cantidades de abonos yfertilizantes

•

excrementos del ganado• productos químicos presentes en losterrenos

•

Son 3 las razones que hacen importante una correctaevacuación y depuración de las aguas residuales:

1ª Se mejora la salud colectiva. Se eliminan y evitanmuchas enfermedades transmitibles cuando las aguasresiduales se evacuan adecuadamente.

2ª Se contribuye a la conservación el medioambiente. Al depurar los vertidos se mejoran lascondiciones de los cauces receptores.

3ª Se consigue un ahorro de un bien escaso. Aldepurarse las aguas pueden reutilizarse paramúltiples fines.

En principio, las redes de alcantarillado supusieronun gran avance en la evacuación controlable de lasaguas residuales.

Actualmente, las redes de alcantarillado conducen

2

las aguas residuales alas estaciones de tratamiento ydepuración (EDAR). El nivel de contaminación delos vertidos a sido tan elevado que la capacidad deautodepuración de los cauces se ha visto sobrepasaday de ahí la necesidad de ayudar a la naturaleza en lalimpieza del agua.

Las redes de saneamiento pueden ser:

− Unitarias: tratan todas las aguas residualesindependientemente de su procedencia.

− Separativas: las aguas residuales en función de suprocedencia se vierten a redes diferentes. Lo normales que existan dos redes de saneamiento: la sanitariay la pluvial. Esta segunda red recoge aguas muypoco contaminadas que pueden reutilizarse overterse sin apenas tratamiento. Se colocan enpoblaciones con un régimen importante deprecipitaciones. En zonas muy industrializadastambién puede haber dos redes de saneamiento, unarecoge las aguas residuales urbanas y otras lasindustriales.

2. CARACTERÍSTICAS Y COMPOSICIÓN DELAS AGUAS RESIDUALES

− CAUDAL

Fundamental para diseñar las EDAR y calcular lacontaminación potencial.

El caudal está relacionado con el consumo de aguapotable (AP)

Normalmente suele ser " 60−80% AP

La disminución del caudal se debe a:

perdidas en las conducciones (red dedistribución y red de saneamiento)

•

consumo• evaporación• reciclaje industrial•

Otra característica importante del caudal es suirregularidad temporal.

Hay dos tipos de variación del caudal frente altiempo:

A lo largo del día: picos de caudalmáximo que se suelen corresponder

•

3

con el consumo máximo de AP y elconsiguiente desfase de tiempo quedepende de la distancia a la que estela EDAR.A lo largo del año: esta variaciónestá relacionada con la época deestiaje y de vacaciones.

•

En épocas de bajas precipitacionesel caudal del agua residual va adisminuir en verano y en las zonascosteras de turismo (costa) el caudalde aguas residual aumentará envacaciones (58% de la poblaciónespañola vive a menos de 50km delmar y suele recibir esta zona costeraunos 40 millones de visitantes)

•

Para poder dimensionar las EDAR se utiliza unaunidad especial habitante−equivalente (e−h) que esla carga contaminante generada por una persona enuna vivienda normal.

e−h = DBO5 = 60g/día

Existen tablas que traducen cualquier actividadhumana a esta unidad de contaminación (e−h)

Ej. Plaza de guardería: 0,5e−h

Cerdo granja = 3e−h

Vaca granja = 16,4e−h

Plaza hospital = 4e−h

− CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

Temperatura: ligeramente mayor a la delagua de suministro. Debido al agua calientedoméstica, a vertidos industriales quepueden elevar mucho la temperatura (laindustria debe reducirla por ley antes delvertido)

⋅

Este incremento de temperatura puede favorecer eldesarrollo de microorganismos indeseables.

Color: gris en condiciones normales. Enausencia de oxígeno aparecen coloracionesnegruzcas.

⋅

En aguas residuales industriales puede aparecercualquier color.

Olor: desagradable, aunque soportable.⋅

4

En ausencia de oxígeno será fétido (se producensulfuros)

Turbidez: es debida a la materia ensuspensión.

⋅

Variable aunque en aguas residuales urbanas esalrededor de 150NTU

Conductividad: superior a las aguas desuministro. Ej. aguas potables alrededor de600�S/cm, aguas residuales entre 1.000 y2.000�S/cm

⋅

Contenido en sólidos:⋅ En aguas residuales urbanas el 0,1% son sólidos.

Los sólidos de un agua residual admiten variascalificaciones.

Según su naturaleza química:⋅ Orgánicas: 50−80% de los sólidostotales (ST); proteínas, glúcidos ygrasas; DBO5 índice de sucontenido.

•

Inorgánicas: 20−50% ST, grasa,arenas, arcillas, metales; no sonbiodegradables, son la fracción deST que permanece en las cenizastras su calcinación (550ºC)

•

Según su sedimantabilidad:⋅ Sólidos en suspensión (SS): son losretenidos por el filtro; visibles asimple vista o al microscopio:aproximadamente son 1/3 de ST;pueden ser sedimentables (seeliminan en el desarenado) ycoloidales (se eliminan en eltratamiento primario)

•

Sólidos disueltos (SD): alrededor de2/3 de ST; es difícil eliminarlos;requieren tratamientos específicosmuy complejos a veces.

•

Según su volatilidad:⋅ Fijos: permanecen tras una hora a550ºC

•

Volátiles: se vaporizan, SV = ST −SF

•

− CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

En general, la composición de las aguas residuales esvariable, aunque las aguas residuales suelen ser másuniformes, pero las aguas residuales industrialespueden ser muy variables.

5

Vamos a estudiar dos grupos:

Materia orgánica⋅ Composición inorgánica⋅

− Materia orgánica: componente mayoritario de lafracción de sólidos de las agaus residuales.

En las aguas residuales urbanas esta formadafundamentalmente por:

Excretas humanas (las más importante)⋅ Aceites y grasas: se depositan en superficieimpidiendo la oxigenación del agua y el pasode la luz solar.

⋅

Se eliminan en el desengrasado.

Tensioactivos: componentes de losadetergentes. (SAL y SAB, sulfonatos dealquilbenceno lineales o aromáticos)

⋅

Algunos son biodegradables y otros no.

Consumen oxígeno y forman espumas impidiendo elpaso de la luz y la oxigenación del agua.

Plaguicidas: en tasas altas impiden eldesarrollo de la flora bacteriana que realizael tratamiento secundario.

⋅

Se utilizan fundamentalmente 3 parámetros paramedir el contenido de materia orgánica: DBO, DQO,COT.

DBO5: Def. Cantidad de oxígeno necesariapara destruir o estabilizar y degradar lamateria orgánica presente en una muestra deagua mediante la acción biológica.

⋅

Se suele medir la DBO5 y el resultado se expresa enmg de O2/l de agua tratada

La DBO5 se calcula en condiciones normalizadas(tiempo: 5 días, Temp 20ºC y oscuridad y conagitación)

Normalmente en 5 días se elimina 60−70% de lamateria orgánica, la degradación total requeriría20−28 días.

El valor de DBO nos indica la probabilidad dedepuración biológica.

DQO: Def. Cantidad de oxígeno (mg/l) a150ºC necesario para oxidar una muestra deagua con un oxidante químico (K2Cr2O4) a

⋅

6

150ºC durante 2 horas.La oxidación completa, se valora la materia orgánicay también la inorgánica. Por eso, DQO > DBO

> 0,5: agua residual tratable biológicamente.

Relación: 0,5 − 0,2: agua residual moderadamentetratable

biológicamente.

< 0,2: agua residual no biodegradable.

COT: carbono orgánico total: mide lacantidad de carbono procedente de lamateria orgánica.

⋅

Su valor suele ser algo superior a DBO5 y menor a laDQO.

Permite valorar mejor la muestra. No se suele mediren las EDAR pues precisa un material analíticocomplejo.

Para medir la eficacia de la EDAR se determinanDBO5 y DQO del agua a la entrada y a la salida dela EDAR.

Gases de las aguas residuales importante en lasEDAR:

O2 disuelto: su ausencia o valores bajospueden originar malos olores.

⋅

Es necesario para la degradación aeróbica deltratamiento secundario. Aguas residuales urbanasalrededor de 1−3mg/l

CH4 (metano): se genera como consecuenciade las fermentaciones anaerobias. No sueleaparecer en las aguas residuales, pero debentomarse precauciones pues si se formanbolsas en las redes de alcantarillado sepueden producir explosiones.

⋅

Si es importante en el tratamiento aerobio de losfangos (en la EDAR se produce y puedeautoabastecerles de energía)

H2S (sulfuro de hidrógeno): se genera apartir de compuestos azufrados, comoconsecuencia de la fermentación anaerobiade los microorganismos.

⋅

Produce olores muy desagradables que debenevitarse en el alcantarillado y en las EDAR.

7

− Compuestos inorgánicos: destacan por suimportancia.

pH: es importante para permitir eltratamiento secundario.

⋅

La depuración biológica requiere pH = 6−9.

Las aguas residuales urbanas cuelen tener un pH queronda la neutralidad.

Las aguas residuales industriales pueden tener un pHmuy variado.

Valores extremos de pH pueden originar lasolubilización de los materiales que se pongan encontacto con las aguas residuales y la disociación desustancias potencialmente tóxicas.

Potencial redox: es la capacidad para captaro liberar electrones.

⋅

Alrededor de 400mV: medio muy oxidante.

De 200 a 100mV: medio poco oxidante.

< 50mV: medio reductor.

Nitrógeno: en las aguas residuales urbanasproviene de la urea y de compuestosproteicos que se eliminan en las excrecioneshumanas. Alrededor de 40mg/l de nitrógenoy sobre 25mg/l de amoniaco libre. En lasaguas residuales agrícolas aparece a partir delos abonos nitrogenados usados comofertilizantes.

⋅

Los compuestos nitrogenados se van oxidando hastaproducir nitratos ( la urea se degrada produciendoamoniaco, que se oxida a nitritos (NO2−) y despuéshasta nitratos (NO3−))

El control de nitrógeno es esencial pues constituyeun nutriente de primer orden para losmicroorganismos, algas y plantas, pudiendo susvaloras altas ocasionar problemas de eutrofizaciónde las aguas.

Fósforo: como el nitrógeno, es nutriente deprimer orden de microorganismos, lagas yplantas.

⋅

Las aguas residuales urbanas tiene alrededor de8mg/l de fosfatos.

Proceden de los detergentes (también pueden formar

8

espumas que entorpecen la depuración al impedir laoxigenación de las algas y el paso de la luz)

Alcalinidad: relacionada con el contenido decarbonatos (CO32−), bicarbonatos(HCO3−), hidróxidos (OH−)

⋅

En las aguas residuales urbanas depende del gradode alcalinidad de las aguas de suministro a lapoblación.

En las aguas residuales industriales con valoresextremos, las industrias están obligadas a neutralizarlas aguas residuales antes de su vertido.

Cloruros: en las aguas residuales urbanasproceden de las excreciones humanas. Enzonas costeras su presencia puede deberse ainfiltraciones de agua martina.

⋅

En concentraciones elevadas interfieren en ladeterminación de la DQO.

Azufre: suele proceder de la degradación delas proteínas. En condiciones deanaerobiosis se generan tras el olor pútrido.

⋅

Metales pesados: no suelen aparecer en lasaguas residuales urbanas (Zn que formaparte de pañales y compresas)

⋅

Proceden de procesos industriales.

En bajas concentraciones los utilizan en sumetabolismos los propios microorganismos.

En altas concentraciones se acumulan en las cadenastróficas de las zonas de vertido (moluscos, peces,mariscos...) En las EDAR pueden acumularse en losfangos primarios impidiendo su uso posterior comoabono. Son cinc, cadmio, mercurio, cobre, hierro,cromo, plomo, manganeso y níquel.

− CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS

Las aguas residuales tienen una gran cantidad deorganismos (microscópicos o no) procedentes de lasexcretas de personas y animales.

Muchos de ellos son patógenos y pueden originardes de un simple proceso diarreico hastaenfermedades muy graves que pueden llegar a sermortales como el cólera.

Las propias poblaciones que realizan el tratamientosecundario acaban a veces con estos organismos.

9

3. SISTEMAS DE DEPURACIÓN DE LASAGUAS RESIDUALES

Hay dos líneas de tratamientos de las aguasresiduales: las tecnologías convencionales tambiéndenominadas duras (TD) y las tecnologías de bajocoste o blandas (TB)

Comparación entre ambos sistemas:

Tecnologías duras:

Son tratamientos tecnificados y complejos yrequieren personal más especializado.

⋅

Consumen más energía.⋅ Requiere menor superficie.⋅ Son más rápidas, tratan más caudal de aguaresidual en menos tiempo.

⋅

Mayor inversión inicial y mayor coste deexplotación.

⋅

Tecnologías blandas:

Intentan emular las condiciones naturales deautodepuración. Son menos tecnificadas ycomplejas y el personal tiene menoresrequerimientos formativos.

⋅

Gasto energético menor⋅ Requiere superficies muco mayores.⋅ Mayores tiempos de depuración⋅ Menor inversión inicial y costes deexplotación menores.

⋅

Hay tres factores que determinan la elección delsistema de depuración:

precios• disponibilidad de terreno• número de h−e (con más de 105h−ese utilizan TD)

•

En España se aplican mayoritariamente lastecnologías duras.

A) TÉCNICAS CONVENCIONALES (DURAS)

Básicamente se realizan cuatro tratamientos:

− PRETRATAMIENTO

Su finalidad es eliminar los sólidos gruesos, arenas,gravas y grasas. Así se evitan muchos problemas enlas instalaciones de las depuradoras: obstruccionesen las conducciones, averías en válvulas, enbombas...

10

Consiste en tres procesos: desbaste, desarenado ydesengrase.

− Desbaste para eliminar sólidos de gran tamañomediante filtración a través de rejas tamicessucesivamente de menor tamaño.

Distinto tamaño de rejas:

Rejas de gruesos: 5−10cm de distancia entrebarrotes.

⋅

Rejas de finos: 2−5cm⋅ Tamices:1−0,1cm⋅

Estas rejas se limpian automáticamenteperiódicamente.

− Desarenado elimina, gravas, areniscas y otrosobjetos pequeños que traspasan las rejas de desbaste.

En el tanque de desarenado Vagua " 30cm/ssedimentan materiales de diámetro mayor de 200�m,los restos sedimentados se recogen mediante unasrasquetas de fondo y se pueden emplear comomaterial de relleno en obras.

− Desengrase elimina las grasas y aceites de lasaguas residuales.

Se disminuye la Vagua y se inyecta aire desde elfondo para que estas partículas afloren a la superficiey se recogen mediante rasquetas que las llevan a unsumidero.

Estas partículas requieren tratamientos especialespara eliminarlas.

Normalmente desarenado y desengrase se realizan enel mismo tanque salvo que la concentración de grasasea muy elevada.

− TRATAMIENTO PRIMARIO

Son un conjunto de procesos para reducir elcontenido de sólidos en suspensión de las aguasresiduales.

Son cuatro procesos: eliminación de tóxicos,neutralización, coagulación−floculación ydecantación primaria.

− Eliminación de tóxicos tóxico toda sustancia ocualidad de aguas residuales que puede perjudicar a

11

los microorganismos del tratamiento secundario yque deterioran el medio receptor.

La mayoría de los tóxicos procede de las aguasresiduales industriales y son las industrias las queestán obligadas a eliminarlos mediante procesosespecíficos. Si no llegan a las EDAR donde aljuntarse con un gran volumen de agua residual lleganmuy diluidos.

− Neutralización se ajusta el pH para facilitar laacción de los microorganismos del tratamientosecundario, pH = 6,5−8,5

Este proceso se realiza antes de lacoagulación−floculación que también funcionamejor en este rango de pH.

Productos usados:

Álcalis de uso común (pH ácidos < 6,5):sosa cáustica, carbonato de sodio, cal.

⋅

Ácidos (pH básicos > 9): ácido clorhídrico,ácido sulfúrico.

⋅

− Coagulación−floculación es un tratamientofísico−químico para eliminar los sólidos coloidalesinestabilizándolos y precipitándolos.

Sustancias químicas que se aplican:

Coagulantes: suelen ser sales (cloruros ysulfatos) de hierro y aluminio. Tambiénpueden ser de cadmio y manganeso.

⋅

Inestabilizan las cargas electrolíticas de las partículascoloidales, restándoles movilidad y favoreciendo suagrupación.

Necesitan pH > 7, Dosis 300−500ppm

Requieren mucha agitación en una primera fase, poreso se aplican aprovechando turbulencias en la líneade tratamiento. Después requieren una fase másmoderada para favorecer su efecto.

Floculantes: agrupan las partículasinestabilizadoras en la coagulación ennúcleos mayores que sedimentan confacilidad.

⋅

Las que más se utilizan son los polielectrolitoaniónico (−).

Se usan en dosis más abajas que los coagulantes y

12

deben mezclarse con el agua residual medianteagitación leve.

En el laboratorio se ensayan dosis diferentes decoagulantes y floculantes para ver cuales son las máseficaces.

El tiempo de retención del agua residual en esteproceso (coagulación−floculación) variará de 10 a 30minutos

− Decantación se deja reposar el agua residual parapermitir la sedimentación de los cúmulos formadosen la coagulación−floculación.

Se elimina 50−70% de ST y la DBO se reduce entre25−40%.

El tiempo de permanencia en los decantadores varíade 30−60 minutos, se después de realiza tratamientosecundario y se debe aumentar si se trata de unvolumen pequeño de agua residual o si se viertedespués directamente. No es normal, se hace en casode exceso de caudal, averías u obras en tratamientosposteriores.

Los decantadores suelen ser circulares y con fondocónico, tiene una rasqueta de fondo que recoge losfangos y los lleva al centro del depósito parabombearlos a la línea de tratamiento de fangos.

También tiene una rasqueta de superficie que recogelas espumas y los sólidos flotantes vertiéndolas en unsumidero.

− TRATAMIENTO SECUNDARIO

Imita el proceso de autodepuración del agua en lanaturaleza.

Consiste en poner en contacto el efluente procedentedel tratamiento primario con una poblaciónmicrobiana (bacterias y protozoos) para que encondiciones óptimas de pH, temperatura, de luz y deoxigenación se acelere el metabolismo de la materiaorgánica presente en el agua residual.

La biomasa degrada los compuestos orgánicos ainorgánicos (CO2, H2O, NH3, NO3−, SO42−,PO43−) y además compiten con losmicroorganismos patógenos de las aguas residualeseliminándoles en su gran mayoría.

13

Los dos factores que condiciona este proceso son:

Superficie de contacto aguaresidual−microorganismos (deberá ser lamayor posible)

⋅

La aportación de O2 para favorecer eldesarrollo de los microorganismos quedigieren la materia orgánica.

⋅

Son 2 los tratamientos secundarios: biomasa fija a unsustrato o en suspensión y decantación secundaria.

− Biomasa hay dos tipos:

a) Biomasa fija a un sustrato: se pueden distinguirdos tratamientos:

Lechos filtrantes: filtros biológicos o filtrospercoladores.

⋅

Son filtros similares a los de arena, pero con elmaterial filtrante preparado para generar en susuperficie una capa biológica (biofilm) de bacterias,algas, hongos y protozoos que en contacto con lasaguas residuales a través de los poros del filtrodegradan la materia orgánica.

El material filtrante puede ser:

piedras de diámetro de poroaproximadamente de 10cm

•

gravas de diámetro variado• polímeros plásticos•

La profundidad de los filtros es de aproximadamente1−15m.

Generalmente el agua se pulveriza y cae porgravedad. Aunque en algunos filtros hay un flujoascendente y funcionan por inundación.

Se inyecta oxígeno para mantener las condicionesaerobias.

El tiempo de retención del agua residual es deaproximadamente 2 horas.

Se obtiene un efluente de buena calidad y sólidosque precipitan fácilmente. Se disminuye la DBO5alrededor del 90%.

Biodiscos: son discos de gran tamañoparcialmente sumergidos en una balsa conagua residual y con movimiento de girolento que provoca el contacto del agua

⋅

14

residual y del aire con su superficie. Seproduce así una capa biofilm sobre estosdiscos que degradan la materia orgánica.

Los biodiscos se diseñan con ondulaciones paraconseguir la mayor superficie e contacto aguaresidual−biofilm.

No es necesario inyectar oxígeno.

Se usan en EDAR que tratan volúmenes pequeños.

b) Biomasa es suspensión o fangos activos.

La biomasa se suspende es el seno del agua residualinyectando oxígeno y agitación.

Se prepara el licor de mezcla agua residualprocedente de la decantación primaria con fangosricos en bacterias procedentes de la decantaciónsecundaria (agua residual + 25% de fangos)

El tiempo de retención del agua residual es de 4−8horas.

Los tanques de aireación suelen ser rectangulares ycon un sistema de inyección de oxígeno (difusoresde aire en el fondo y turbinas agitadoras en lostanques más antiguos)

Parámetros que se controlan:

Oxígeno disuelto = 1−2mg/l mínimo⋅ Sólidos en suspensión del licor de mezcla =6.000−7.000mg/l, informan de la masa demicroorganismos. (aunque no todos lossólidos en suspensión son gérmenes)Conviene valores altos para mantener mayorcapacidad de degradación.

⋅

Sólidos volátiles en el licor de mezcla: nosda una idea de la materia orgánica del totalde los sólidos en suspensión.

⋅

Carga másica: Cm = (MS: materia seca delfango secundario, esta relacionada con lacantidad de microorganismos)

⋅

DBO5 y MS se mide en kg/día.

Este valor sirve para clasificar el sistema dedepuración:

alta carga: Cm = 0,4−0,5 o más• media carga: Cm = 0,4−0,5 y0,1−0,2

•

15

baja carga Cm < 0,1−0,2• muy baja carga: Cm < 0,07•

Carga volúmica: Cv = indica la DBO5 quese tiene que tratar por cada m3 de capacidaddel reactor biológico.

⋅

Cv =

Clasificar EDAR:

alta carga Cv > 1,5• media carga 1,5 > Cv > 0,5• baja carga Cv < 0,5•

Tiempo de retención hidráulica: tiempo quelas aguas residuales permanecen en elreactor biológico. Las aguas residualesurbanas horas y las industriales hasta días.Depende del valor de Cv

⋅

Edad del fango: tiempo de retención celular.⋅ Es la relación entre la masa de fango en el reactorbiológico y la masa extraída diariamente del mismo.Cuanto más baja es, mayor carga tendré de losfangos activados.

Me permite una clasificación de los fangos:

fangos activos de alta carga:12h−2días

•

fangos activos de cargamedia:4−7días

•

fangos activos de baja carga: 10 días• − Decantación secundaria se retiene el agua residualentre 6−8 horas para que los sólidos sedimenten yeliminarlos.

Suelen sedimentar más fácilmente.

DBO5 y sólidos en suspensión se reducen en 90% omás.

Gérmenes se reducen 90−95%, los patógenos hastael 100%

El efluente puede verterse sin riesgo alguno.

Si se desea reutilizar el agua deberá tratarseadicionalmente según el uso que se le quiera dar.

− TRATAMIENTO TERCIARIO

Elimina contaminantes concretos para mejorar lacalidad del agua.

16

Normalmente se aplica cuando debemos cumplir porobligación requisitos especiales de vertido o dereutilización.

No siempre se aplica tras el tratamiento secundario,puede intercalarse entre los procesos del propiotratamiento secundario, depende de lascaracterísticas del agua residual.

Puede haber procesos muy variados los principalesson:

− Desinfección hay dos tipos:

Química: cloración o ozonización:⋅ Ozonización: es más caro, no eshabitual.

•

Cloración: la más habitual, eliminagérmenes y muchos tóxicos

•

(CN−, S2−) y materia orgánica (DBO5 baja)Problemas: formación de cloroaminas.

Física: hay tres tipos:⋅ UV: requiere bajo contenido desólidos en suspensión para sereficaz.

•

� : caro y solo rentable paravolúmenes muy grandes.

•

Ósmosis inversa: buen método dedesinfección, pues elimina hastavirus.

•

− Técnicas de afino consisten en eliminar sólidos ensuspensión y la DBO5 rebajarla mediante inyecciónde oxígeno y filtración a través de arena.

− Eliminación de nitrógeno se realiza pormicroorganismos.

En dos fases: nitrificación (aerobia) ydesnitrificación (anaerobia)

Nitrificación: nitrosomonas, bacterias queoxidan el nitrógeno amoniacal a nitritoNO2− y nitratobacter que oxidan el nitrito anitrato NO3−.

⋅

Desnitrificación: bacterias desnitrificantes(anaerobias) transforman el NO3− a N2 gas.

⋅

Este proceso se suele realizar en un reactoranaerobio colocado inmediatamente antes que eltratamiento biológico.

− Eliminación de fósforo suele ser mayor el

17

contenido en fósforo inorgánico, que fósforoorgánico (lo utilizan las bacterias)

el fósforo inorgánico se precipita con sale dealuminio, hierro y calcio (son las mismas que en eltratamiento terciario) y mucho se elimina durante eltratamiento de coagulación−floculación.

− Adsorción se eliminan materia disuelta, moléculasorgánicas, detergentes, hidrocarburos, colorantes,pesticidas, fenoles, trazas de metales pesados.También se eliminan malos olores.

Absorbentes utilizados: carbón activo, silicagel,acrilatos, poliestireno.

− Intercambio iónico para eliminar ionescontaminantes sustituyéndolos mediante resinas poriones inocuos: Na+, K+, H+.

− Técnicas de membrana para eliminar materiadisuelta, moléculas orgánicas, iones, agua e inclusovirus.

Se usan distintos tipos de membranas y con distintodiámetro de poro.

Existe la ultra filtración, nanofiltración ymicrofiltración. Solo cambia de una a otras eldiámetro de poro de la membrana.

Para filtrar se aplican presiones bajas sobre el aguaresidual.

Diálisis: el paso por la membrana se realizapor diferencia de concentración.

⋅

Electrodiálisis: la fuerza de paso a través dela membrana es la diferencia de potencial.Desmineraliza sin eliminar materia orgánica.

⋅

Ósmosis inversa: requiere una presiónexterna sobre la membrana. Tiene eldiámetro de poro menor de todas estastécnicas.

⋅

− TRATAMIENTO DE FANGOS

Se generan en la decantación primaria y secundaria.

Hay cuatro objetivos perseguidos:

1º Reducir su volumen, se elimina el agua quecontienen.

18

2º Disminuir su capacidad fermentativa que los haceinaplicables directamente.

3º Hacerlos manejables.

4º Reducir los costes de transporte y reutilización yde eliminación.

Se realizan seis procesos en el tratamiento de fangos:

− Concentración eliminar agua de los fangos. Haytres métodos:

Espesamiento por gravedad (decantación)◊ Flotación (cuando los fangos contienen partículasmenos densas que el agua.

◊

Se inyecta aire desde el fondo para hacer flotar laspartículas y en superficie se eliminan medianterasquetas.

c) Centrifugación: acelerar la decantación.

− Digestión se elimina materia orgánica paraestabilizar los fangos. Hay dos métodos:

Aerobia: requiere aporte de oxígeno y eso encareceel proceso. Solo se realiza en plantas pequeñas.

◊

Productos finales: CO2, H2O, NO3−, salesminerales.

Factores que condicionan a las bacterias [O2],temperatura y pH.

Anaerobia: se obtiene un fango más mineralizado,con menos sólidos volátiles de olor intenso y con unareducida carga de agentes patógenos.

◊

También se obtiene biogás (CO2−CH4) del que seusa para calentar el digestor.

Se realiza en dos fases:

Fermentación ácida: bacteriasfacultativas, se generan ácidosorgánicos, alcoholes, CO2 ehidrógeno.

•

Fermentación metónica: faseestrictamente anaerobia (con losproductos anteriores se generabiogás (CO2−CH4)

•

19

Condiciones:

Temperatura = 25−45ºC⋅ pH = 6−8⋅ Ausencia de oxígeno y tóxicos (CN−, ionesmetálicos y compuestos organoclorados)

⋅

Agitación intermitente⋅ Carga biológica (bacterias)⋅

− Estabilización química mejora las condiciones defiltración, reduce los patógenos, reduce olores y lacapacidad fermentativa.

Se realiza de dos formas:

con cal: se facilita la deshidratación, pH > 12, seeliminan las bacterias y el riesgo de putrefacción(olores), tiempo tres horas.

◊

Oxidación con cloro: se tratan volúmenes pequeñosde fangos.

◊

Genera cloroaminas y HCl que se incorporan alproductos final.

− Deshidratación se elimina más aguas, se hace másmanejables el fango (mejor transporte, reutilización eincineración o vertido.

Hay tres métodos:

Eras de secado: en zonas de buen clima extender elfango en superficies bien drenadas y expuestas al sol.

◊

Filtración: el fango se hace pasar pos superficiesporosas que permitan salir agua.

◊

Se añaden sustancias químicas para aumentar eldiámetro de poro de las partículas sólidas. Ej.:polielectrolito catiónico: FeCl3, Al2(SO4)3 y cal.

La filtración se puede hacer por vacío o por presión.

c) Centrifugación.

− Incineración se suele realizar sobre fangosdeshidratados no estabilizados, que sonautocombustibles.

Para reducir costes se pueden coincinerar conbasuras urbanas.

− Evacuación depende del destino que se les de:

Eliminación: se llevan a vertederos⋅

20

controlados.Reutilización: abonos, se suelen mezclar conmateria orgánica: paja o serrín.

⋅

Aplicación directa: al suelo quemado pararegenerarlo

⋅

Aplicación directa al suelo para cultivascésped.

⋅

Recuperación de productos: productos(reactivos caros o sustancias tóxicas)

⋅

B) TÉCNICAS DE BAJO COSTE (BLANDAS)

Intentan reproducir las condiciones naturales deautodepuración donde actúa:

el tiempo• la insolación• los microorganismos• las algas• la sedimentación• el movimiento del agua• la flora bacteriana• la capacidad de filtración del suelo•

Las ventajas que presentan son:

menor tecnificación• menor gasto energético• personal con menos requisitosformativos

•

Los inconvenientes son:

necesitan una mayor superficie• el tiempo de depuración es bastantemás largo

•

Se instalan en poblaciones no demasiado grandes(<105 h−e) cuando la disponibilidad y el precio delsuelo la hacen factible.

Suelen dar buenos resultados en:

eliminación de microorganismospatógenos

•

estabilización de la materia orgánica• reducción de DBO y sólidos•

− LAGUNAJE

Es el sistema más extendido de las tecnologíasblandas. Tuvo su origen en la evolución del agua enembalses para regadío.

Consiste en dejar el agua en reposos en lagunasextensas de profundidad variable, para que seautodepure con ayuda de los factores climáticos. Y

21

de su propia carga bacteriana. Suele instalarse enlugares con un elevado número de horas de sol alaño y también es conveniente la existencia devientos frecuentes.

Antes de pasar el agua residual a las lagunas se midesu caudal para decidir así el tiempo de retención enfunción de la capacidad de la instalaciones.

Previamente se somete el agua residual apretratamiento: desbaste, desarenado y desengrase sifuera necesario. Así se eliminan los sólidos de mayortamaño.

Ventajas del lagunaje:

costes mínimos de mantenimiento yexplotación

•

gasto energético bajo• soporta bien variaciones de carga• eliminación de lodos se realiza porperiodos de tiempo muy largos.

•

Inconvenientes:

se necesita mucho terreno• en el efluente (el agua depurada)pueden aumentar las partículas ensuspensión.

•

problemas de eutrofización en loscaudales

•

precisan más tiempo para completarla depuración

•

Esquema general de una planta depuradora porlagunaje:

Tipos de lagunas:

Anaerobia: suelen ser las primeras en eltratamiento.

⋅

Profundidad: mayor de 2,5m (hasta4m) Para mantener la ambienteanaerobio se forma en superficie unacapa de materia flotante (grasas)

•

Tiempo de permanencia: 2−5 días• Productos generados: CH4 y CO2• Rendimiento: reducción de sólidosen suspensión de 70% y DBO5 50%

•

Signos de buen funcionamiento:• color gris oscuro (rojo:bacterias fotosintéticas quedegradan compuestos deazufre, no recomendables)

♦

22

burbujeo (gases generados)♦ ausencia de vegetación entaludes

♦

ausencia de algas♦ Facultativas: reciben el agua residual delagunas anaerobias o directamente delalcantarillado.

⋅

Profundidad: 1−2m. Tienen unacapa superficial aerobia y otraprofunda anaerobia. Entre ambasesta la zona facultativa.

•

Signos de buen funcionamiento:• Color verde brillante esimportante la presencia dealgas clorofíceas que actúanen simbiosis con lasbacterias. Algas: producenoxígeno para las bacterias ylas bacterias degradanmateria orgánicaproduciendo nutrientes(fósforo y nitrógeno) paralas algas.

♦

Presencia de pulgas de agua.♦ Superficie esté limpia denutrientes.

♦

Ausencia de vegetación enlos taludes.

♦

Se reduce sensiblemente la materia orgánica, tasa denutrientes y el número de bacterias coliformes.

Aerobias o demaduración: últimopaso en el lagunajey reciben las aguasresiduales de lasfacultativas.

◊

Profundidad:0,3−1m

⋅

Tiempo depermanencia:7−10 días

⋅

Se reducenconsiderablementelosmicroorganismospatógenos yla DBO

⋅

Color:verdeoscuro

⋅

Factores⋅

23

quecondicionanla mejoradel agua:

Concentracióndeoxígenocuantomayormejoresmayorconelvientoyconalgasabundantes.Porlanochelaconcentracióndeoxígenoesmínima.Seproducenentonceslosfenómenosdedesnitrificación(nitrógenogasqueescapaa laatmósfera)ooxidaciónanitratosNO3−(losconsumeelplancton)

•

radiaciónsolar:

•

24

esalta,favorecelaevaporacióny seproduceunaumentoenlaconcentracióndesales.Predadoresdelasbacterias:microcrustáceos

•

Factores que condicionan:

Climático:• temperatura de 0−30ºC⋅ sol: acelera la depuración⋅ viento: favorece la oxigenación⋅ pluviosidad: debe controlarse para evitardesbordamientos.

⋅

Físicos:• Profundidad: determina el tipo de lagunaje.⋅ Caudal: determina el tiempo de permanenciadel agua residual en cada laguna.

⋅

Hay que evitar la estratificación del agua:capas a diferente temperatura.

⋅

Color: gris oscuro, verde brillante, verdeoscuro.

⋅

Químicos:• pH: 7,5−8,5⋅ Oxígeno disuelto: procede de la aireación yde la fotosíntesis de algas. Mínimo alamanecer, máximo al atardecer.

⋅

Otros:• Fangos: varios cm/año, períodos largos deeliminación de fangos, aportan bacterias a lalaguna.

⋅

Materia flotante: debe evitarse en general,sólo adecuado en lagunas anaerobias.

⋅

Taludes: limpios de vegetación., si no sefavorece la presenciad e ranas, mosquitos,culebras de agua, roedores.

⋅

Olores: deben evitarse, la distancia mínima anúcleos de población es de 1km.

⋅

Insectos: deben evitarse, retirar la vegetación⋅

25

de orillas y costras de superficie o criaralgunos peces en las lagunas aerobias. Ej.Carpas chinas o gamburrias.

− FILTROS VERDES

se usan para depurar aguas residuales urbanaspreviamente filtradas y si, es posible desarenadas ydesengrasadas.

Consiste en aplicar esta agua residuales a suelos conárboles de crecimiento rápido (chopos).

Sobre suelos con cultivos agrícolas la legislaciónespañola permite aplicar aguas residuales si no tocanla parte comestible. El propio suelo, con sus plantasy bacterias depura el agua vertida mediante estosprocesos: filtración, oxidación y acción bacteriana.

Este sistema se usa cuando hay problemas parainstalar otros sistemas de depuración, cuando sonaguas residuales urbanas de poblaciones < 2.500h−e.Las necesidades de terreno son muyaltas:1ha/200h−e. No se recomienda para suelosarenosos y arcillosos.

Si es un buen sistema para acabar con las bacteriasintestinales debido a:

las características del suelo.⋅ pH diverso.⋅ concentración de oxígeno alta.⋅ temperaturas muy variables (se calienta yenfría rápido).

⋅

numerosos microorganismos competidores.⋅ − LECHOS DE TURBA

El agua previamente filtrada y desengrasada seaplica a superficies preparadas con turba (productorico en materia orgánica parcialmente degradada deorigen vegetal)

La superficie se prepara así:

primero se dispone una capa degrava

•

luego encima otra de arena• por último, el lecho de turba• por debajo, un sistema de recogidadel efluente

•

Rendimiento: la DBO, DQO y SS son reducidos enun 90%

26

la capa de turba necesita aireación periódica paraevitar aglomeraciones debido a los sólidos aportadospor el agua residual.

− BIODISCOS (CBR)

Contactadores biológicos rotatorios.

Las aguas residuales que vienen de un tratamientoprimario.

Descrito previamente: tanque donde se sumerge uncilindro que rota a velocidad muy baja. La mitad delcilindro está sumergida en el agua residual: lasbacterias van en la superficie del cilindro.

Ventajas:

coste de explotación reducido• mantenimiento mínimo de loselementos mecánicos

•

bajo consumo energético• solo se requiere personal paracomprobar diariamente sufuncionamiento y para laeliminación de los fangos digeridosuna vez secos.

•

C) DEPURACIÓN EN PEQUEÑASCOMUNIDADES

Son los sistemas utilizados cuando no existen redesde alcantarillado cercanos sustituyen a los pozosnegros. Son llamadas fosas sépticas, tanques deImhoff o similares.

Funcionamiento: son dos compartimentos, en elprimero se realiza una decantación primaria y elagua pasa por rebose al segundo, en el segundosedimentan parte de los sólidos y el efluente seinfiltra en el terreno.

Los fangos se autodigieren de forma anaerobia y losgases que se obtienen se eliminan medianterespiraderos. Los fangos se eliminan cada ciertotiempo.

Algunos sistemas incorporan un dispositivo parainsuflar oxígeno y realizar la fermentación aerobiade los fangos.

4. DESTINO FINAL DEL AGUA Y DELFANGO

27

Para decidir hay que tener en cuenta:

las características del entorno. Porejemplo ver si el agua es abundanteo escasa (se intentará reutilizarla)

•

las características del agua receptoraque van a determinar la calidad delvertido.

•

En cualquier caso el efluente debe caracterizarseperfectamente para determinar su destino.

Usos del agua residual depurada:⋅ Municipal: riego de calles, césped,jardines (el agua debe estar exentade microorganismos patógenosdesinfección depués del tratamientosecundario, también se realizafiltración por arena)

•

Industrial: sistemas de refrigeracióny calderas. Hay que controlar lossólidos en suspensión para evitaratascos, suele ser agua residualproveniente del tratamientosecundario.

•

Agrícola: riego de cultivos, huertas,pastos, flores, plantas ornamentales.

•

No cuando el producto comestible está en contactocon el agua residual depurada.

Hay que mirar dos características:

SAR (relación de adsorción de sodio)concentración en meq/l

⋅

SAR =

SAR:

< 3 se usa para riego⋅ 3−9 hay cierto riesgo de alteración del suelo⋅ > 9 prohibido⋅ Trozos de sustancias tóxicas: evitar laacumulación de por ejemplo metales pesados(más difícil en suelos alcalinos porqueprecipitan)

⋅

Recreativos: campos de golf y lagosartificiales. Requieren desinfecciónsi van a entrar en contacto conpersonas.

•

Recarga de acuíferos: para evitar susalinización (especialmente en zonascosteras) El sistema es parecido alfiltro verde. Se aplica el agua en una

•

28

zona acotada de terreno para que sefiltre y llegue al acuífero.

Requisitos que se exigen:

Sustancias nocivas convalores acotados (evitar lacontaminación de las aguassubterráneas)

♦

Estudio hidrogeológico delacuífero

♦

Análisis del aguasubterránea

♦

Usos de fangos:⋅ Generación de abonos (mezclar conmateria orgánica)

•

Aplicación directa al terreno• Mezclar con residuos sólidosurbanos (incineración)

•

Recuperación de productos• Se analizan los fangos y se decide su aplicación. Sise superan determinados valores de sustanciastóxicas se tratan como residuo tóxico y se eliminanen vertederos controlados.

AR

REJAS

ALIVIADERO

MEDIDOR DE CAUDAL

ARQUETAS DE REPARTO

LAGUNAJE

EFLUENTE

Anaerobia−facultativa

Facultativa−aerobia

Anaerobia−facultativa−aerobia

29