TEMA 4: AGUAS RESIDUALES AGUAS BLANCAS

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 PEQUEÑAS
COMUNIDADES
4. DESTINO FINAL DEL AGUA Y FANGOS
1. TIPOS DE AGUAS RESIDUALES Y REDES
DE SANEAMIENTO
Se clasifican las aguas residuales en función de su
procedencia:
− AGUAS BLANCAS
Procedentes de la lluvia, del deshielo, de la limpieza
urbana. Son aquellas aguas residuales cuyo contacto
con actividades humanas ha sido mínimo y, por eso,
están poco contaminadas.
− AGUAS RESIDUALES URBANAS (ARU)
También llamas aguas negras. Proceden
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mayoritariamente de la actividad doméstica. Su
composición 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 contener
casi de todo:
• productos químicos
• residuos biológicos
• metales
• areniscas
• ácidos
• grasa
• tóxicos
− AGUAS RESIDUALES AGRÍCOLAS
Provienen de explotaciones agrícolas o ganaderas y
también de la escorrentía producida en los terrenos.
Contienen:
• grandes cantidades de abonos y
fertilizantes
• excrementos del ganado
• productos químicos presentes en los
terrenos
Son 3 las razones que hacen importante una correcta
evacuación y depuración de las aguas residuales:
1ª Se mejora la salud colectiva. Se eliminan y evitan
muchas enfermedades transmitibles cuando las aguas
residuales se evacuan adecuadamente.
2ª Se contribuye a la conservación el medio
ambiente. Al depurar los vertidos se mejoran las
condiciones de los cauces receptores.
3ª Se consigue un ahorro de un bien escaso. Al
depurarse las aguas pueden reutilizarse para
múltiples fines.
En principio, las redes de alcantarillado supusieron
un gran avance en la evacuación controlable de las
aguas residuales.
Actualmente, las redes de alcantarillado conducen
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las aguas residuales alas estaciones de tratamiento y
depuración (EDAR). El nivel de contaminación de
los vertidos a sido tan elevado que la capacidad de
autodepuración de los cauces se ha visto sobrepasada
y de ahí la necesidad de ayudar a la naturaleza en la
limpieza del agua.
Las redes de saneamiento pueden ser:
− Unitarias: tratan todas las aguas residuales
independientemente de su procedencia.
− Separativas: las aguas residuales en función de su
procedencia se vierten a redes diferentes. Lo normal
es que existan dos redes de saneamiento: la sanitaria
y la pluvial. Esta segunda red recoge aguas muy
poco contaminadas que pueden reutilizarse o
verterse sin apenas tratamiento. Se colocan en
poblaciones con un régimen importante de
precipitaciones. En zonas muy industrializadas
también puede haber dos redes de saneamiento, una
recoge las aguas residuales urbanas y otras las
industriales.
2. CARACTERÍSTICAS Y COMPOSICIÓN DE
LAS AGUAS RESIDUALES
− CAUDAL
Fundamental para diseñar las EDAR y calcular la
contaminación potencial.
El caudal está relacionado con el consumo de agua
potable (AP)
Normalmente suele ser " 60−80% AP
La disminución del caudal se debe a:
• perdidas en las conducciones (red de
distribución y red de saneamiento)
• consumo
• evaporación
• reciclaje industrial
Otra característica importante del caudal es su
irregularidad temporal.
Hay dos tipos de variación del caudal frente al
tiempo:
• A lo largo del día: picos de caudal
máximo que se suelen corresponder
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con el consumo máximo de AP y el
consiguiente desfase de tiempo que
depende de la distancia a la que este
la EDAR.
• A lo largo del año: esta variación
está relacionada con la época de
estiaje y de vacaciones.
• En épocas de bajas precipitaciones
el caudal del agua residual va a
disminuir en verano y en las zonas
costeras de turismo (costa) el caudal
de aguas residual aumentará en
vacaciones (58% de la población
española vive a menos de 50km del
mar y suele recibir esta zona costera
unos 40 millones de visitantes)
Para poder dimensionar las EDAR se utiliza una
unidad especial habitante−equivalente (e−h) que es
la carga contaminante generada por una persona en
una vivienda normal.
e−h = DBO5 = 60g/día
Existen tablas que traducen cualquier actividad
humana 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 del
agua de suministro. Debido al agua caliente
doméstica, a vertidos industriales que
pueden elevar mucho la temperatura (la
industria debe reducirla por ley antes del
vertido)
Este incremento de temperatura puede favorecer el
desarrollo de microorganismos indeseables.
⋅ Color: gris en condiciones normales. En
ausencia de oxígeno aparecen coloraciones
negruzcas.
En aguas residuales industriales puede aparecer
cualquier color.
⋅ Olor: desagradable, aunque soportable.
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En ausencia de oxígeno será fétido (se producen
sulfuros)
⋅ Turbidez: es debida a la materia en
suspensión.
Variable aunque en aguas residuales urbanas es
alrededor de 150NTU
⋅ Conductividad: superior a las aguas de
suministro. Ej. aguas potables alrededor de
600S/cm, aguas residuales entre 1.000 y
2.000S/cm
⋅ Contenido en sólidos:
En aguas residuales urbanas el 0,1% son sólidos.
Los sólidos de un agua residual admiten varias
calificaciones.
⋅ Según su naturaleza química:
• Orgánicas: 50−80% de los sólidos
totales (ST); proteínas, glúcidos y
grasas; DBO5 índice de su
contenido.
• Inorgánicas: 20−50% ST, grasa,
arenas, arcillas, metales; no son
biodegradables, son la fracción de
ST que permanece en las cenizas
tras su calcinación (550ºC)
⋅ Según su sedimantabilidad:
• Sólidos en suspensión (SS): son los
retenidos por el filtro; visibles a
simple vista o al microscopio:
aproximadamente son 1/3 de ST;
pueden ser sedimentables (se
eliminan en el desarenado) y
coloidales (se eliminan en el
tratamiento primario)
• Sólidos disueltos (SD): alrededor de
2/3 de ST; es difícil eliminarlos;
requieren tratamientos específicos
muy complejos a veces.
⋅ Según su volatilidad:
• Fijos: permanecen tras una hora a
550ºC
• Volátiles: se vaporizan, SV = ST −
SF
− CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS
En general, la composición de las aguas residuales es
variable, aunque las aguas residuales suelen ser más
uniformes, pero las aguas residuales industriales
pueden ser muy variables.
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Vamos a estudiar dos grupos:
⋅ Materia orgánica
⋅ Composición inorgánica
− Materia orgánica: componente mayoritario de la
fracción de sólidos de las agaus residuales.
En las aguas residuales urbanas esta formada
fundamentalmente por:
⋅ Excretas humanas (las más importante)
⋅ Aceites y grasas: se depositan en superficie
impidiendo la oxigenación del agua y el paso
de la luz solar.
Se eliminan en el desengrasado.
⋅ Tensioactivos: componentes de losa
detergentes. (SAL y SAB, sulfonatos de
alquilbenceno lineales o aromáticos)
Algunos son biodegradables y otros no.
Consumen oxígeno y forman espumas impidiendo el
paso de la luz y la oxigenación del agua.
⋅ Plaguicidas: en tasas altas impiden el
desarrollo de la flora bacteriana que realiza
el tratamiento secundario.
Se utilizan fundamentalmente 3 parámetros para
medir el contenido de materia orgánica: DBO, DQO,
COT.
⋅ DBO5: Def. Cantidad de oxígeno necesaria
para destruir o estabilizar y degradar la
materia orgánica presente en una muestra de
agua mediante la acción biológica.
Se suele medir la DBO5 y el resultado se expresa en
mg de O2/l de agua tratada
La DBO5 se calcula en condiciones normalizadas
(tiempo: 5 días, Temp 20ºC y oscuridad y con
agitación)
Normalmente en 5 días se elimina 60−70% de la
materia orgánica, la degradación total requeriría
20−28 días.
El valor de DBO nos indica la probabilidad de
depuración biológica.
⋅ DQO: Def. Cantidad de oxígeno (mg/l) a
150ºC necesario para oxidar una muestra de
agua con un oxidante químico (K2Cr2O4) a
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150ºC durante 2 horas.
La oxidación completa, se valora la materia orgánica
y también la inorgánica. Por eso, DQO > DBO
> 0,5: agua residual tratable biológicamente.
Relación: 0,5 − 0,2: agua residual moderadamente
tratable
biológicamente.
< 0,2: agua residual no biodegradable.
⋅ COT: carbono orgánico total: mide la
cantidad de carbono procedente de la
materia orgánica.
Su valor suele ser algo superior a DBO5 y menor a la
DQO.
Permite valorar mejor la muestra. No se suele medir
en las EDAR pues precisa un material analítico
complejo.
Para medir la eficacia de la EDAR se determinan
DBO5 y DQO del agua a la entrada y a la salida de
la EDAR.
Gases de las aguas residuales importante en las
EDAR:
⋅ O2 disuelto: su ausencia o valores bajos
pueden originar malos olores.
Es necesario para la degradación aeróbica del
tratamiento secundario. Aguas residuales urbanas
alrededor de 1−3mg/l
⋅ CH4 (metano): se genera como consecuencia
de las fermentaciones anaerobias. No suele
aparecer en las aguas residuales, pero deben
tomarse precauciones pues si se forman
bolsas en las redes de alcantarillado se
pueden producir explosiones.
Si es importante en el tratamiento aerobio de los
fangos (en la EDAR se produce y puede
autoabastecerles de energía)
⋅ H2S (sulfuro de hidrógeno): se genera a
partir de compuestos azufrados, como
consecuencia de la fermentación anaerobia
de los microorganismos.
Produce olores muy desagradables que deben
evitarse en el alcantarillado y en las EDAR.
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− Compuestos inorgánicos: destacan por su
importancia.
⋅ pH: es importante para permitir el
tratamiento secundario.
La depuración biológica requiere pH = 6−9.
Las aguas residuales urbanas cuelen tener un pH que
ronda la neutralidad.
Las aguas residuales industriales pueden tener un pH
muy variado.
Valores extremos de pH pueden originar la
solubilización de los materiales que se pongan en
contacto con las aguas residuales y la disociación de
sustancias potencialmente tóxicas.
⋅ Potencial redox: es la capacidad para captar
o liberar electrones.
Alrededor de 400mV: medio muy oxidante.
De 200 a 100mV: medio poco oxidante.
< 50mV: medio reductor.
⋅ Nitrógeno: en las aguas residuales urbanas
proviene de la urea y de compuestos
proteicos que se eliminan en las excreciones
humanas. Alrededor de 40mg/l de nitrógeno
y sobre 25mg/l de amoniaco libre. En las
aguas residuales agrícolas aparece a partir de
los abonos nitrogenados usados como
fertilizantes.
Los compuestos nitrogenados se van oxidando hasta
producir nitratos ( la urea se degrada produciendo
amoniaco, que se oxida a nitritos (NO2−) y después
hasta nitratos (NO3−))
El control de nitrógeno es esencial pues constituye
un nutriente de primer orden para los
microorganismos, algas y plantas, pudiendo sus
valoras altas ocasionar problemas de eutrofización
de las aguas.
⋅ Fósforo: como el nitrógeno, es nutriente de
primer orden de microorganismos, lagas y
plantas.
Las aguas residuales urbanas tiene alrededor de
8mg/l de fosfatos.
Proceden de los detergentes (también pueden formar
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espumas que entorpecen la depuración al impedir la
oxigenación de las algas y el paso de la luz)
⋅ Alcalinidad: relacionada con el contenido de
carbonatos (CO32−), bicarbonatos
(HCO3−), hidróxidos (OH−)
En las aguas residuales urbanas depende del grado
de alcalinidad de las aguas de suministro a la
población.
En las aguas residuales industriales con valores
extremos, las industrias están obligadas a neutralizar
las aguas residuales antes de su vertido.
⋅ Cloruros: en las aguas residuales urbanas
proceden de las excreciones humanas. En
zonas costeras su presencia puede deberse a
infiltraciones de agua martina.
En concentraciones elevadas interfieren en la
determinación de la DQO.
⋅ Azufre: suele proceder de la degradación de
las proteínas. En condiciones de
anaerobiosis se generan tras el olor pútrido.
⋅ Metales pesados: no suelen aparecer en las
aguas residuales urbanas (Zn que forma
parte de pañales y compresas)
Proceden de procesos industriales.
En bajas concentraciones los utilizan en su
metabolismos los propios microorganismos.
En altas concentraciones se acumulan en las cadenas
tróficas de las zonas de vertido (moluscos, peces,
mariscos...) En las EDAR pueden acumularse en los
fangos primarios impidiendo su uso posterior como
abono. Son cinc, cadmio, mercurio, cobre, hierro,
cromo, plomo, manganeso y níquel.
− CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS
Las aguas residuales tienen una gran cantidad de
organismos (microscópicos o no) procedentes de las
excretas de personas y animales.
Muchos de ellos son patógenos y pueden originar
des de un simple proceso diarreico hasta
enfermedades muy graves que pueden llegar a ser
mortales como el cólera.
Las propias poblaciones que realizan el tratamiento
secundario acaban a veces con estos organismos.
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3. SISTEMAS DE DEPURACIÓN DE LAS
AGUAS RESIDUALES
Hay dos líneas de tratamientos de las aguas
residuales: las tecnologías convencionales también
denominadas duras (TD) y las tecnologías de bajo
coste o blandas (TB)
Comparación entre ambos sistemas:
Tecnologías duras:
⋅ Son tratamientos tecnificados y complejos y
requieren personal más especializado.
⋅ Consumen más energía.
⋅ Requiere menor superficie.
⋅ Son más rápidas, tratan más caudal de agua
residual en menos tiempo.
⋅ Mayor inversión inicial y mayor coste de
explotación.
Tecnologías blandas:
⋅ Intentan emular las condiciones naturales de
autodepuración. Son menos tecnificadas y
complejas y el personal tiene menores
requerimientos formativos.
⋅ Gasto energético menor
⋅ Requiere superficies muco mayores.
⋅ Mayores tiempos de depuración
⋅ Menor inversión inicial y costes de
explotación menores.
Hay tres factores que determinan la elección del
sistema de depuración:
• precios
• disponibilidad de terreno
• número de h−e (con más de 105h−e
se utilizan TD)
En España se aplican mayoritariamente las
tecnologías 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 en
las instalaciones de las depuradoras: obstrucciones
en las conducciones, averías en válvulas, en
bombas...
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Consiste en tres procesos: desbaste, desarenado y
desengrase.
− Desbaste para eliminar sólidos de gran tamaño
mediante filtración a través de rejas tamices
sucesivamente de menor tamaño.
Distinto tamaño de rejas:
⋅ Rejas de gruesos: 5−10cm de distancia entre
barrotes.
⋅ Rejas de finos: 2−5cm
⋅ Tamices:1−0,1cm
Estas rejas se limpian automáticamente
periódicamente.
− Desarenado elimina, gravas, areniscas y otros
objetos pequeños que traspasan las rejas de desbaste.
En el tanque de desarenado Vagua " 30cm/s
sedimentan materiales de diámetro mayor de 200m,
los restos sedimentados se recogen mediante unas
rasquetas de fondo y se pueden emplear como
material de relleno en obras.
− Desengrase elimina las grasas y aceites de las
aguas residuales.
Se disminuye la Vagua y se inyecta aire desde el
fondo para que estas partículas afloren a la superficie
y se recogen mediante rasquetas que las llevan a un
sumidero.
Estas partículas requieren tratamientos especiales
para eliminarlas.
Normalmente desarenado y desengrase se realizan en
el mismo tanque salvo que la concentración de grasa
sea muy elevada.
− TRATAMIENTO PRIMARIO
Son un conjunto de procesos para reducir el
contenido de sólidos en suspensión de las aguas
residuales.
Son cuatro procesos: eliminación de tóxicos,
neutralización, coagulación−floculación y
decantación primaria.
− Eliminación de tóxicos tóxico toda sustancia o
cualidad de aguas residuales que puede perjudicar a
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los microorganismos del tratamiento secundario y
que deterioran el medio receptor.
La mayoría de los tóxicos procede de las aguas
residuales industriales y son las industrias las que
están obligadas a eliminarlos mediante procesos
específicos. Si no llegan a las EDAR donde al
juntarse con un gran volumen de agua residual llegan
muy diluidos.
− Neutralización se ajusta el pH para facilitar la
acción de los microorganismos del tratamiento
secundario, pH = 6,5−8,5
Este proceso se realiza antes de la
coagulación−floculación que también funciona
mejor 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 tratamiento
físico−químico para eliminar los sólidos coloidales
inestabilizándolos y precipitándolos.
Sustancias químicas que se aplican:
⋅ Coagulantes: suelen ser sales (cloruros y
sulfatos) de hierro y aluminio. También
pueden ser de cadmio y manganeso.
Inestabilizan las cargas electrolíticas de las partículas
coloidales, restándoles movilidad y favoreciendo su
agrupación.
Necesitan pH > 7, Dosis 300−500ppm
Requieren mucha agitación en una primera fase, por
eso se aplican aprovechando turbulencias en la línea
de tratamiento. Después requieren una fase más
moderada para favorecer su efecto.
⋅ Floculantes: agrupan las partículas
inestabilizadoras en la coagulación en
núcleos mayores que sedimentan con
facilidad.
Las que más se utilizan son los polielectrolito
aniónico (−).
Se usan en dosis más abajas que los coagulantes y
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deben mezclarse con el agua residual mediante
agitación leve.
En el laboratorio se ensayan dosis diferentes de
coagulantes y floculantes para ver cuales son las más
eficaces.
El tiempo de retención del agua residual en este
proceso (coagulación−floculación) variará de 10 a 30
minutos
− Decantación se deja reposar el agua residual para
permitir la sedimentación de los cúmulos formados
en la coagulación−floculación.
Se elimina 50−70% de ST y la DBO se reduce entre
25−40%.
El tiempo de permanencia en los decantadores varía
de 30−60 minutos, se después de realiza tratamiento
secundario y se debe aumentar si se trata de un
volumen pequeño de agua residual o si se vierte
después directamente. No es normal, se hace en caso
de exceso de caudal, averías u obras en tratamientos
posteriores.
Los decantadores suelen ser circulares y con fondo
cónico, tiene una rasqueta de fondo que recoge los
fangos y los lleva al centro del depósito para
bombearlos a la línea de tratamiento de fangos.
También tiene una rasqueta de superficie que recoge
las espumas y los sólidos flotantes vertiéndolas en un
sumidero.
− TRATAMIENTO SECUNDARIO
Imita el proceso de autodepuración del agua en la
naturaleza.
Consiste en poner en contacto el efluente procedente
del tratamiento primario con una población
microbiana (bacterias y protozoos) para que en
condiciones óptimas de pH, temperatura, de luz y de
oxigenación se acelere el metabolismo de la materia
orgánica presente en el agua residual.
La biomasa degrada los compuestos orgánicos a
inorgánicos (CO2, H2O, NH3, NO3−, SO42−,
PO43−) y además compiten con los
microorganismos patógenos de las aguas residuales
eliminándoles en su gran mayoría.
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Los dos factores que condiciona este proceso son:
⋅ Superficie de contacto agua
residual−microorganismos (deberá ser la
mayor posible)
⋅ La aportación de O2 para favorecer el
desarrollo de los microorganismos que
digieren la materia orgánica.
Son 2 los tratamientos secundarios: biomasa fija a un
sustrato o en suspensión y decantación secundaria.
− Biomasa hay dos tipos:
a) Biomasa fija a un sustrato: se pueden distinguir
dos tratamientos:
⋅ Lechos filtrantes: filtros biológicos o filtros
percoladores.
Son filtros similares a los de arena, pero con el
material filtrante preparado para generar en su
superficie una capa biológica (biofilm) de bacterias,
algas, hongos y protozoos que en contacto con las
aguas residuales a través de los poros del filtro
degradan la materia orgánica.
El material filtrante puede ser:
• piedras de diámetro de poro
aproximadamente de 10cm
• gravas de diámetro variado
• polímeros plásticos
La profundidad de los filtros es de aproximadamente
1−15m.
Generalmente el agua se pulveriza y cae por
gravedad. Aunque en algunos filtros hay un flujo
ascendente y funcionan por inundación.
Se inyecta oxígeno para mantener las condiciones
aerobias.
El tiempo de retención del agua residual es de
aproximadamente 2 horas.
Se obtiene un efluente de buena calidad y sólidos
que precipitan fácilmente. Se disminuye la DBO5
alrededor del 90%.
⋅ Biodiscos: son discos de gran tamaño
parcialmente sumergidos en una balsa con
agua residual y con movimiento de giro
lento que provoca el contacto del agua
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residual y del aire con su superficie. Se
produce así una capa biofilm sobre estos
discos que degradan la materia orgánica.
Los biodiscos se diseñan con ondulaciones para
conseguir la mayor superficie e contacto agua
residual−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 residual
inyectando oxígeno y agitación.
Se prepara el licor de mezcla agua residual
procedente de la decantación primaria con fangos
ricos en bacterias procedentes de la decantación
secundaria (agua residual + 25% de fangos)
El tiempo de retención del agua residual es de 4−8
horas.
Los tanques de aireación suelen ser rectangulares y
con un sistema de inyección de oxígeno (difusores
de aire en el fondo y turbinas agitadoras en los
tanques 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 de
microorganismos. (aunque no todos los
sólidos en suspensión son gérmenes)
Conviene valores altos para mantener mayor
capacidad de degradación.
⋅ Sólidos volátiles en el licor de mezcla: nos
da una idea de la materia orgánica del total
de los sólidos en suspensión.
⋅ Carga másica: Cm = (MS: materia seca del
fango secundario, esta relacionada con la
cantidad de microorganismos)
DBO5 y MS se mide en kg/día.
Este valor sirve para clasificar el sistema de
depuración:
• alta carga: Cm = 0,4−0,5 o más
• media carga: Cm = 0,4−0,5 y
0,1−0,2
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• baja carga Cm < 0,1−0,2
• muy baja carga: Cm < 0,07
⋅ Carga volúmica: Cv = indica la DBO5 que
se tiene que tratar por cada m3 de capacidad
del 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 que
las aguas residuales permanecen en el
reactor biológico. Las aguas residuales
urbanas 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 reactor
biológico y la masa extraída diariamente del mismo.
Cuanto más baja es, mayor carga tendré de los
fangos activados.
Me permite una clasificación de los fangos:
• fangos activos de alta carga:
12h−2días
• fangos activos de carga
media:4−7días
• fangos activos de baja carga: 10 días
− Decantación secundaria se retiene el agua residual
entre 6−8 horas para que los sólidos sedimenten y
eliminarlos.
Suelen sedimentar más fácilmente.
DBO5 y sólidos en suspensión se reducen en 90% o
más.
Gérmenes se reducen 90−95%, los patógenos hasta
el 100%
El efluente puede verterse sin riesgo alguno.
Si se desea reutilizar el agua deberá tratarse
adicionalmente según el uso que se le quiera dar.
− TRATAMIENTO TERCIARIO
Elimina contaminantes concretos para mejorar la
calidad del agua.
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Normalmente se aplica cuando debemos cumplir por
obligación requisitos especiales de vertido o de
reutilización.
No siempre se aplica tras el tratamiento secundario,
puede intercalarse entre los procesos del propio
tratamiento secundario, depende de las
características del agua residual.
Puede haber procesos muy variados los principales
son:
− Desinfección hay dos tipos:
⋅ Química: cloración o ozonización:
• Ozonización: es más caro, no es
habitual.
• Cloración: la más habitual, elimina
gérmenes y muchos tóxicos
(CN−, S2−) y materia orgánica (DBO5 baja)
Problemas: formación de cloroaminas.
⋅ Física: hay tres tipos:
• UV: requiere bajo contenido de
sólidos en suspensión para ser
eficaz.
• : caro y solo rentable para
volúmenes muy grandes.
• Ósmosis inversa: buen método de
desinfección, pues elimina hasta
virus.
− Técnicas de afino consisten en eliminar sólidos en
suspensión y la DBO5 rebajarla mediante inyección
de oxígeno y filtración a través de arena.
− Eliminación de nitrógeno se realiza por
microorganismos.
En dos fases: nitrificación (aerobia) y
desnitrificación (anaerobia)
⋅ Nitrificación: nitrosomonas, bacterias que
oxidan el nitrógeno amoniacal a nitrito
NO2− y nitratobacter que oxidan el nitrito a
nitrato NO3−.
⋅ Desnitrificación: bacterias desnitrificantes
(anaerobias) transforman el NO3− a N2 gas.
Este proceso se suele realizar en un reactor
anaerobio colocado inmediatamente antes que el
tratamiento biológico.
− Eliminación de fósforo suele ser mayor el
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contenido en fósforo inorgánico, que fósforo
orgánico (lo utilizan las bacterias)
el fósforo inorgánico se precipita con sale de
aluminio, hierro y calcio (son las mismas que en el
tratamiento terciario) y mucho se elimina durante el
tratamiento de coagulación−floculación.
− Adsorción se eliminan materia disuelta, moléculas
orgánicas, 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 iones
contaminantes sustituyéndolos mediante resinas por
iones inocuos: Na+, K+, H+.
− Técnicas de membrana para eliminar materia
disuelta, moléculas orgánicas, iones, agua e incluso
virus.
Se usan distintos tipos de membranas y con distinto
diámetro de poro.
Existe la ultra filtración, nanofiltración y
microfiltración. Solo cambia de una a otras el
diámetro de poro de la membrana.
Para filtrar se aplican presiones bajas sobre el agua
residual.
⋅ Diálisis: el paso por la membrana se realiza
por diferencia de concentración.
⋅ Electrodiálisis: la fuerza de paso a través de
la membrana es la diferencia de potencial.
Desmineraliza sin eliminar materia orgánica.
⋅ Ósmosis inversa: requiere una presión
externa sobre la membrana. Tiene el
diámetro de poro menor de todas estas
técnicas.
− TRATAMIENTO DE FANGOS
Se generan en la decantación primaria y secundaria.
Hay cuatro objetivos perseguidos:
1º Reducir su volumen, se elimina el agua que
contienen.
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2º Disminuir su capacidad fermentativa que los hace
inaplicables directamente.
3º Hacerlos manejables.
4º Reducir los costes de transporte y reutilización y
de eliminación.
Se realizan seis procesos en el tratamiento de fangos:
− Concentración eliminar agua de los fangos. Hay
tres métodos:
◊ Espesamiento por gravedad (decantación)
◊ Flotación (cuando los fangos contienen partículas
menos densas que el agua.
Se inyecta aire desde el fondo para hacer flotar las
partículas y en superficie se eliminan mediante
rasquetas.
c) Centrifugación: acelerar la decantación.
− Digestión se elimina materia orgánica para
estabilizar los fangos. Hay dos métodos:
◊ Aerobia: requiere aporte de oxígeno y eso encarece
el proceso. Solo se realiza en plantas pequeñas.
Productos finales: CO2, H2O, NO3−, sales
minerales.
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 una
reducida carga de agentes patógenos.
También se obtiene biogás (CO2−CH4) del que se
usa para calentar el digestor.
Se realiza en dos fases:
• Fermentación ácida: bacterias
facultativas, se generan ácidos
orgánicos, alcoholes, CO2 e
hidrógeno.
• Fermentación metónica: fase
estrictamente anaerobia (con los
productos anteriores se genera
biogás (CO2−CH4)
19
Condiciones:
⋅ Temperatura = 25−45ºC
⋅ pH = 6−8
⋅ Ausencia de oxígeno y tóxicos (CN−, iones
metálicos y compuestos organoclorados)
⋅ Agitación intermitente
⋅ Carga biológica (bacterias)
− Estabilización química mejora las condiciones de
filtración, reduce los patógenos, reduce olores y la
capacidad fermentativa.
Se realiza de dos formas:
◊ con cal: se facilita la deshidratación, pH > 12, se
eliminan las bacterias y el riesgo de putrefacción
(olores), tiempo tres horas.
◊ Oxidación con cloro: se tratan volúmenes pequeños
de fangos.
Genera cloroaminas y HCl que se incorporan al
productos final.
− Deshidratación se elimina más aguas, se hace más
manejables el fango (mejor transporte, reutilización e
incineración o vertido.
Hay tres métodos:
◊ Eras de secado: en zonas de buen clima extender el
fango en superficies bien drenadas y expuestas al sol.
◊ Filtración: el fango se hace pasar pos superficies
porosas que permitan salir agua.
Se añaden sustancias químicas para aumentar el
diámetro 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 fangos
deshidratados no estabilizados, que son
autocombustibles.
Para reducir costes se pueden coincinerar con
basuras urbanas.
− Evacuación depende del destino que se les de:
⋅ Eliminación: se llevan a vertederos
20
controlados.
⋅ Reutilización: abonos, se suelen mezclar con
materia orgánica: paja o serrín.
⋅ Aplicación directa: al suelo quemado para
regenerarlo
⋅ Aplicación directa al suelo para cultivas
césped.
⋅ Recuperación de productos: productos
(reactivos caros o sustancias tóxicas)
B) TÉCNICAS DE BAJO COSTE (BLANDAS)
Intentan reproducir las condiciones naturales de
autodepuración 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 requisitos
formativos
Los inconvenientes son:
• necesitan una mayor superficie
• el tiempo de depuración es bastante
más largo
Se instalan en poblaciones no demasiado grandes
(<105 h−e) cuando la disponibilidad y el precio del
suelo la hacen factible.
Suelen dar buenos resultados en:
• eliminación de microorganismos
patógenos
• estabilización de la materia orgánica
• reducción de DBO y sólidos
− LAGUNAJE
Es el sistema más extendido de las tecnologías
blandas. Tuvo su origen en la evolución del agua en
embalses para regadío.
Consiste en dejar el agua en reposos en lagunas
extensas de profundidad variable, para que se
autodepure con ayuda de los factores climáticos. Y
21
de su propia carga bacteriana. Suele instalarse en
lugares con un elevado número de horas de sol al
año y también es conveniente la existencia de
vientos frecuentes.
Antes de pasar el agua residual a las lagunas se mide
su caudal para decidir así el tiempo de retención en
función de la capacidad de la instalaciones.
Previamente se somete el agua residual a
pretratamiento: desbaste, desarenado y desengrase si
fuera necesario. Así se eliminan los sólidos de mayor
tamaño.
Ventajas del lagunaje:
• costes mínimos de mantenimiento y
explotación
• gasto energético bajo
• soporta bien variaciones de carga
• eliminación de lodos se realiza por
periodos de tiempo muy largos.
Inconvenientes:
• se necesita mucho terreno
• en el efluente (el agua depurada)
pueden aumentar las partículas en
suspensión.
• problemas de eutrofización en los
caudales
• precisan más tiempo para completar
la depuración
Esquema general de una planta depuradora por
lagunaje:
Tipos de lagunas:
⋅ Anaerobia: suelen ser las primeras en el
tratamiento.
• Profundidad: mayor de 2,5m (hasta
4m) Para mantener la ambiente
anaerobio se forma en superficie una
capa de materia flotante (grasas)
• Tiempo de permanencia: 2−5 días
• Productos generados: CH4 y CO2
• Rendimiento: reducción de sólidos
en suspensión de 70% y DBO5 50%
• Signos de buen funcionamiento:
♦ color gris oscuro (rojo:
bacterias fotosintéticas que
degradan compuestos de
azufre, no recomendables)
22
♦ burbujeo (gases generados)
♦ ausencia de vegetación en
taludes
♦ ausencia de algas
⋅ Facultativas: reciben el agua residual de
lagunas anaerobias o directamente del
alcantarillado.
• Profundidad: 1−2m. Tienen una
capa superficial aerobia y otra
profunda anaerobia. Entre ambas
esta la zona facultativa.
• Signos de buen funcionamiento:
♦ Color verde brillante es
importante la presencia de
algas clorofíceas que actúan
en simbiosis con las
bacterias. Algas: producen
oxígeno para las bacterias y
las bacterias degradan
materia orgánica
produciendo nutrientes
(fósforo y nitrógeno) para
las algas.
♦ Presencia de pulgas de agua.
♦ Superficie esté limpia de
nutrientes.
♦ Ausencia de vegetación en
los taludes.
Se reduce sensiblemente la materia orgánica, tasa de
nutrientes y el número de bacterias coliformes.
◊ Aerobias o de
maduración: último
paso en el lagunaje
y reciben las aguas
residuales de las
facultativas.
⋅ Profundidad:
0,3−1m
⋅ Tiempo de
permanencia:
7−10 días
⋅ Se reducen
considerablemente
los
microorganismos
patógenos y
la DBO
⋅ Color:
verde
oscuro
⋅ Factores
23
que
condicionan
la mejora
del agua:
• Concentració
de
oxígeno
cuanto
mayor
mejor
es
mayor
con
el
viento
y
con
algas
abundantes.
Por
la
noche
la
concentració
de
oxígeno
es
mínima.
Se
producen
entonces
los
fenómenos
de
desnitrificaci
(nitrógeno
gas
que
escapa
a la
atmósfera)
o
oxidación
a
nitratos
NO3−
(los
consume
el
plancton)
• radiación
solar:
24
es
alta,
favorece
la
evaporación
y se
produce
un
aumento
en
la
concentració
de
sales.
• Predadores
de
las
bacterias:
microcrustác
Factores que condicionan:
• Climático:
⋅ temperatura de 0−30ºC
⋅ sol: acelera la depuración
⋅ viento: favorece la oxigenación
⋅ pluviosidad: debe controlarse para evitar
desbordamientos.
• Físicos:
⋅ Profundidad: determina el tipo de lagunaje.
⋅ Caudal: determina el tiempo de permanencia
del agua residual en cada laguna.
⋅ Hay que evitar la estratificación del agua:
capas a diferente temperatura.
⋅ Color: gris oscuro, verde brillante, verde
oscuro.
• Químicos:
⋅ pH: 7,5−8,5
⋅ Oxígeno disuelto: procede de la aireación y
de la fotosíntesis de algas. Mínimo al
amanecer, máximo al atardecer.
• Otros:
⋅ Fangos: varios cm/año, períodos largos de
eliminación de fangos, aportan bacterias a la
laguna.
⋅ Materia flotante: debe evitarse en general,
sólo adecuado en lagunas anaerobias.
⋅ Taludes: limpios de vegetación., si no se
favorece la presenciad e ranas, mosquitos,
culebras de agua, roedores.
⋅ Olores: deben evitarse, la distancia mínima a
núcleos de población es de 1km.
⋅ Insectos: deben evitarse, retirar la vegetación
25
de orillas y costras de superficie o criar
algunos peces en las lagunas aerobias. Ej.
Carpas chinas o gamburrias.
− FILTROS VERDES
se usan para depurar aguas residuales urbanas
previamente filtradas y si, es posible desarenadas y
desengrasadas.
Consiste en aplicar esta agua residuales a suelos con
árboles de crecimiento rápido (chopos).
Sobre suelos con cultivos agrícolas la legislación
española permite aplicar aguas residuales si no tocan
la parte comestible. El propio suelo, con sus plantas
y bacterias depura el agua vertida mediante estos
procesos: filtración, oxidación y acción bacteriana.
Este sistema se usa cuando hay problemas para
instalar otros sistemas de depuración, cuando son
aguas residuales urbanas de poblaciones < 2.500h−e.
Las necesidades de terreno son muy
altas:1ha/200h−e. No se recomienda para suelos
arenosos y arcillosos.
Si es un buen sistema para acabar con las bacterias
intestinales debido a:
⋅ las características del suelo.
⋅ pH diverso.
⋅ concentración de oxígeno alta.
⋅ temperaturas muy variables (se calienta y
enfría rápido).
⋅ numerosos microorganismos competidores.
− LECHOS DE TURBA
El agua previamente filtrada y desengrasada se
aplica a superficies preparadas con turba (producto
rico en materia orgánica parcialmente degradada de
origen vegetal)
La superficie se prepara así:
• primero se dispone una capa de
grava
• luego encima otra de arena
• por último, el lecho de turba
• por debajo, un sistema de recogida
del efluente
Rendimiento: la DBO, DQO y SS son reducidos en
un 90%
26
la capa de turba necesita aireación periódica para
evitar aglomeraciones debido a los sólidos aportados
por el agua residual.
− BIODISCOS (CBR)
Contactadores biológicos rotatorios.
Las aguas residuales que vienen de un tratamiento
primario.
Descrito previamente: tanque donde se sumerge un
cilindro que rota a velocidad muy baja. La mitad del
cilindro está sumergida en el agua residual: las
bacterias van en la superficie del cilindro.
Ventajas:
• coste de explotación reducido
• mantenimiento mínimo de los
elementos mecánicos
• bajo consumo energético
• solo se requiere personal para
comprobar diariamente su
funcionamiento y para la
eliminación de los fangos digeridos
una vez secos.
C) DEPURACIÓN EN PEQUEÑAS
COMUNIDADES
Son los sistemas utilizados cuando no existen redes
de alcantarillado cercanos sustituyen a los pozos
negros. Son llamadas fosas sépticas, tanques de
Imhoff o similares.
Funcionamiento: son dos compartimentos, en el
primero se realiza una decantación primaria y el
agua pasa por rebose al segundo, en el segundo
sedimentan parte de los sólidos y el efluente se
infiltra en el terreno.
Los fangos se autodigieren de forma anaerobia y los
gases que se obtienen se eliminan mediante
respiraderos. Los fangos se eliminan cada cierto
tiempo.
Algunos sistemas incorporan un dispositivo para
insuflar oxígeno y realizar la fermentación aerobia
de los fangos.
4. DESTINO FINAL DEL AGUA Y DEL
FANGO
27
Para decidir hay que tener en cuenta:
• las características del entorno. Por
ejemplo ver si el agua es abundante
o escasa (se intentará reutilizarla)
• las características del agua receptora
que van a determinar la calidad del
vertido.
En cualquier caso el efluente debe caracterizarse
perfectamente para determinar su destino.
⋅ Usos del agua residual depurada:
• Municipal: riego de calles, césped,
jardines (el agua debe estar exenta
de microorganismos patógenos
desinfección depués del tratamiento
secundario, también se realiza
filtración por arena)
• Industrial: sistemas de refrigeración
y calderas. Hay que controlar los
sólidos en suspensión para evitar
atascos, suele ser agua residual
proveniente del tratamiento
secundario.
• Agrícola: riego de cultivos, huertas,
pastos, flores, plantas ornamentales.
No cuando el producto comestible está en contacto
con 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 la
acumulación de por ejemplo metales pesados
(más difícil en suelos alcalinos porque
precipitan)
• Recreativos: campos de golf y lagos
artificiales. Requieren desinfección
si van a entrar en contacto con
personas.
• Recarga de acuíferos: para evitar su
salinización (especialmente en zonas
costeras) El sistema es parecido al
filtro verde. Se aplica el agua en una
28
zona acotada de terreno para que se
filtre y llegue al acuífero.
Requisitos que se exigen:
♦ Sustancias nocivas con
valores acotados (evitar la
contaminación de las aguas
subterráneas)
♦ Estudio hidrogeológico del
acuífero
♦ Análisis del agua
subterránea
⋅ Usos de fangos:
• Generación de abonos (mezclar con
materia orgánica)
• Aplicación directa al terreno
• Mezclar con residuos sólidos
urbanos (incineración)
• Recuperación de productos
Se analizan los fangos y se decide su aplicación. Si
se superan determinados valores de sustancias
tóxicas se tratan como residuo tóxico y se eliminan
en vertederos controlados.
AR
REJAS
ALIVIADERO
MEDIDOR DE CAUDAL
ARQUETAS DE REPARTO
LAGUNAJE
EFLUENTE
Anaerobia−facultativa
Facultativa−aerobia
Anaerobia−facultativa−aerobia
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