tratamiento de aguas residuales

INDICE
Objetivo general
Objetivos específicos
INTRODUCCION
CAPITULO I
ANTECEDENTES
1.1 Agua
1.1.1 Clasificación de los tipos de agua
1.2 Importancia del agua
1.3 Fuentes de contaminación del agua
1.3.1 Fuentes puntuales y no puntuales
1.3.2 Formas a través de los cuales los
se introducen en el ambiente
1.4 Toxicidad de los contaminantes del agua
1.4.1 Contaminantes orgánicos
1.4.2 Contaminantes inorgánicos
1.5 Métodos de tratamiento de agua
1.5.1 Etapas del tratamiento
1.5.1.1 Tratamiento primario
1.5.1.2 Tratamiento secundario
1.5.1.3 Tratamiento terciario
i
i
ii
1
1
2
5
5
7
contaminantes del agua
CAPITULO II
TECNOLOGIAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS
SERVIDAS
2.1 El papel de las tecnologías nuevas y antiguas
2.2 Principales procesos de tratamiento biológico utilizados en el
tratamiento de aguas residuales
2.2.1 Proceso de lodos activados
2.2.2 Lagunas aireadas
2.2.2.1 Clasificación
2.2.3. Digestión aerobia
2.2.3.1 Ventajas y desventajas de la digestión anaerobia en comparación
con la aerobia.
2.2.4 Filtros percoladores
2.2.4.1 Proceso microbiológico
2.2.4.2 Características de diseño
2.2.4.3 Clasificación
2.2.5 Sistemas biológicos de contacto rotatorio
2.2.6 Humedales artificiales
2.2.6.1 Funciones de los humedales artificiales
2.2.6.2 Tipos de humedales artificiales
2.2.6.3 Plantas acuáticas en el tratamientos de aguas residuales
2.2.7 Lagunas de estabilización
2.2.7.1 Lagunas anaerobias
2.2.7.2 Lagunas facultativas
2.2.7.3 Lagunas de maduración
9
11
12
13
15
18
18
20
23
30
30
31
33
37
38
39
41
43
44
45
47
50
51
52
57
58
59
59
60
62
INDICE
2.2.7.4 Aspectos de operación y mantenimiento
2.2.7.5 Mantenimiento de rutina
CAPITULO III
SELECCIÓN DE LA MEJOR TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES
CONCLUSION
BIBLIOGRAFIA
63
64
65
71
72
OBJETIVOS
Objetivo general

Determinar la tecnología más viable para el tratamiento de las aguas
servidas.
Objetivos específicos

Concientizar el uso del agua.

Concientizar sobre el cuidado del agua.

Diferenciar cada tipo de agua de acuerdo al origen de sus contaminantes.

Describir cada tecnología existente para el tratamiento de las aguas
servidas.

Elegir la mejor tecnología para el tratamiento de aguas servidas.
i
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
El tratamiento de las aguas residuales es una práctica que, si bien se lleva
realizando desde la antigüedad, hoy por hoy resulta algo fundamental para
mantener nuestra calidad de vida. Son muchas las técnicas de tratamiento con
larga tradición y, evidentemente, se ha mejorado mucho en el conocimiento y
diseño de las mismas a lo largo de los años. Pero no por eso han dejado de ser
técnicas imprescindibles a la hora de tratar aguas residuales, y son las que, de
una forma rápida, se pretenden exponer en el presente trabajo.
Las fuentes de agua potable requieren agua de una calidad especialmente alta. En
muchas partes del mundo, la introducción de contaminantes originados por la
actividad humana ha degradado mucho la calidad de la misma, hasta el grado de
convertir corrientes cristalinas en sucios canales a cielo abierto, con pocas formas
de vida y menos usos benéficos.
Por tanto es necesario controlar la contaminación que se origina por las
actividades humanas de tal forma que se asegure que el líquido sea adecuado
para los usos a los cuales se destina. Estos efectos dependen tanto de la
naturaleza del contaminante como de las características particulares del cuerpo de
agua.
El tratamiento primario, secundario y terciario se aplica a las aguas servidas.
Mediante el uso de diversos métodos se logra obtener agua para fines
domésticos. Es por ello la importancia de este trabajo, para determinar el
tratamiento más adecuado de las aguas servidas, así también el estudio y proceso
de las tecnologías existentes más utilizadas en el mundo.
ii
ANTECEDENTES
CAPITULO I
ANTECEDENTES
1.1 Agua
El agua es un componente de nuestra naturaleza que ha estado presente en la Tierra
desde hace más de 3000 millones de años, es una sustancia cuya molécula está
formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la
supervivencia de todas las formas conocidas de vida. En su uso más común, con agua
nos referimos a la sustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en su
forma sólida llamada hielo, y en forma gaseosa que llamamos vapor. El agua cubre el
71% de la superficie de la corteza terrestre. En nuestro planeta, se localiza
principalmente en los océanos donde se concentra el 96.5% del agua total, los glaciares
y casquetes polares tiene el 1.74%, los depósitos subterráneos (acuíferos), los
permafrost y los glaciares continentales suponen el 1.72% y el restante 0.04% se
reparte en orden decreciente entre lagos, la humedad del suelo, atmósfera, embalses,
ríos y seres vivos. En la figura 1.1 se observa la distribución del agua en el globo
terráqueo.
Figura 1.1 Distribución del agua
Fuente http://ga.water.usgs.gov/edu/graphics/spanish
1
ANTECEDENTES
1.1.1 Clasificación de los tipos de agua
Existen diferentes tipos de agua, de acuerdo a su procedencia y uso, algunas
clasificaciones se dan en la tabla 1.1.
Tabla 1.1 Clasificación de los tipos de agua.
Tipo
Agua potable.
uso
Es agua que puede ser consumida por personas y animales sin
riesgo de contraer enfermedades.
Agua en la que la concentración de sales es relativamente alta
Agua salada.
(más de 10 000 mg/L).
Agua salobre.
Agua que contiene sal en una proporción significativamente menor
que el agua marina. La concentración del total de sales disueltas
está generalmente comprendida entre 1000 - 10 000 mg/L. Este
tipo de agua no está contenida entre las categorías de agua
salada y agua dulce.
Agua dulce.
Agua natural con una baja concentración de sales, generalmente
considerada adecuada, previo tratamiento, para producir agua
potable.
Agua dura.
Agua que contiene un gran número de iones positivos. La dureza
está determinada por el número de átomos de calcio y magnesio
presentes. El jabón generalmente se disuelve mal en las aguas
duras.
Agua blanda.
Agua sin dureza significativa.
Aguas negras.
Agua de descarga de una comunidad después de haber sido
contaminada por diversos usos. Puede ser una combinación de
residuos, líquidos o en suspensión, de tipo doméstico, municipal e
industrial, junto con las aguas subterráneas, superficiales y de
lluvia que puedan estar presentes.
2
ANTECEDENTES
Aguas grises. Aguas domésticas residuales compuestas por agua
de lavar procedente de la cocina, cuarto de baño, fregaderos y
lavaderos.
Aguas
residuales.
Fluidos residuales en un sistema de alcantarillado. El gasto o agua
usada por una casa, una comunidad, una granja o una industria,
que contiene materia orgánica disuelta o suspendida.
Aguas
residuales
municipales.
Residuos líquidos originados por una comunidad, formados
posiblemente por aguas residuales domésticas o descargas
industriales.
Agua bruta.
Agua que no ha recibido tratamiento de ningún tipo o agua que
entra en una planta para su tratamiento.
Aguas muertas.
Agua en estado de escasa o nula circulación, generalmente con
déficit de oxígeno.
Agua alcalina.
Agua cuyo pH es superior a 7.
Agua capilar.
Agua que se mantiene en el suelo por encima del nivel freático
debido a la capilaridad.
Agua de
adhesión.
Agua retenida en el suelo por atracción molecular, formando una
Agua de
desborde.
Agua de
formación.
Agua que se inyecta a través de una fisura en una capa de hielo.
Agua
película en las paredes de la roca o en las partículas del suelo.
Agua retenida en los intersticios de una roca sedimentaria en la
época en que ésta se formó.
de Agua en la zona no saturada que se mueve por la fuerza de
gravedad.
gravedad.
Agua de suelo.
Agua que se encuentra en la zona superior del suelo o en la zona
de aireación cerca de la superficie, de forma que puede ser cedida
a la atmósfera por evapotranspiración.
Agua disfórica.
Agua pobre en nutrientes y que contiene altas concentraciones de
ácido húmico.
Agua
estancada.
Agua inmóvil en determinadas zonas de un río, lago, estanque o
3
ANTECEDENTES
acuífero.
Agua fósil.
Agua infiltrada en un acuífero durante una antigua época geológica
bajo condiciones climáticas y morfológicas diferentes a las
actuales y almacenada desde entonces.
Agua freática.
Agua subterránea que se presenta en la zona de saturación y que
tiene una superficie libre.
Agua funicular.
Agua presente en los mayores poros que rodea las partículas del
suelo formando, en los puntos de contacto con dichas partículas,
anillos que se fusionan entre ellos.
Agua primitiva.
Agua proveniente del interior de la tierra que no ha existido antes
en forma de agua atmosférica o superficial.
Agua
magnética.
Agua
impulsada hasta
la superficie
terrestre
desde gran
profundidad por el movimiento ascendente de rocas ígneas
intrusivas.
Agua
metamórfica.
Agua vadosa.
Agua
subterránea.
Agua expulsada de las rocas durante el proceso de metamorfismo.
Cualquier agua que aparece en la zona no saturada.
Agua que puede ser encontrada en la zona saturada del suelo,
zona formada principalmente por agua. Se mueve lentamente
desde lugares con alta elevación y presión hacia lugares de baja
elevación y presión, como los ríos y lagos.
Agua
superficial.
Toda agua natural abierta a la atmósfera, como la de ríos, lagos,
reservorios, charcas, corrientes, océanos, mares, estuarios y
humedales.
Agua servida.
Se denomina a aquellas que resultan del uso doméstico o
industrial del agua. Se les llama también aguas residuales, aguas
negras o aguas cloacales.
Fuente: Ron Crites, George Tchobanoglous, 2000, Tratamiento de aguas residuales en pequeñas
poblaciones.
4
ANTECEDENTES
1.2 Importancia del agua
El agua es un recurso indispensable para los seres vivos y para los humanos. Su
importancia estriba en los siguientes aspectos:

Es fuente de vida: Sin ella no pueden vivir ni las plantas, ni los animales ni el ser
humano.

Es indispensable en la vida diaria:

Uso doméstico: en la casa para lavar, cocinar, regar, lavar ropa, etc.

Uso industrial: en la industria para curtir, fabricar alimentos, limpieza, generar
electricidad, etc.

Uso agrícola: en la agricultura para irrigar los campos.

Uso ganadero: en la ganadería para dar de beber a los animales domésticos.

En la acuicultura: para criar peces y otras especies.

Uso medicinal: en la medicina para curar enfermedades. Las aguas termales y
medicinales son muy abundantes en el Perú. Por ejemplo: los baños del Inca en
Cajamarca; los baños de Churín en Lima; los baños de Jesús en Arequipa, etc.
Las aguas minerales son de consumo para bebida y contienen sustancias
minerales de tipo medicinal.

Uso deportivo: en los deportes como la natación, tabla hawaiana, esquí acuático,
canotaje, etc.

Uso municipal: en las ciudades para riego de parques y jardines.
1.3 Fuentes de contaminación del agua
El agua pura es un recurso renovable, sin embargo puede llegar a estar tan
contaminada por las actividades humanas, que ya no sea útil, sino más bien nocivo. Las
principales fuentes de contaminación del agua se presentan en la tabla 1.2.
5
ANTECEDENTES
Tabla 1.2 Fuentes de contaminación del agua.
CONTAMINANTE
FUENTES
Agentes patógenos.
Bacterias, virus, protozoarios, parásitos que
entran
al
agua
proveniente
de
desechos
orgánicos
pueden
orgánicos.
Desechos
que
requieren
oxígeno.
Los
desechos
ser
descompuestos por bacterias que usan oxígeno
para biodegradarlos. Si hay poblaciones grandes
de estas bacterias, pueden agotar el oxígeno del
agua, matando así las formas de vida acuáticas.
Sustancias químicas inorgánicas
Ácidos,
compuestos
de
metales
tóxicos
(Mercurio, Plomo), envenenan el agua.
Los nutrientes vegetales.
Pueden ocasionar el crecimiento excesivo de
plantas acuáticas que después mueren y se
descomponen, agotando el oxígeno del agua y de
este modo causan la muerte de las especies
marinas (zona muerta).
Sustancias químicas orgánicas.
Petróleo, plásticos, plaguicidas, detergentes que
amenazan la vida.
Sedimentos
o
suspendida.
Sustancias radiactivas
materia
Partículas insolubles de suelo que enturbian el
agua, y que son la mayor fuente de contaminación.
Que pueden causar defectos congénitos y
cáncer.
Calor.
Ingresos de agua caliente que disminuyen el
contenido de oxígeno y hace a los organismos
acuáticos muy vulnerables.
Fuente: Clair N. Sawyer, Perry l. McCarty, Gene F. Paarkin, 2001, Quimica para ingenieria ambiental.
6
ANTECEDENTES
En las figuras 1.2 (a) y (b) se presentan algunas contaminaciones originadas al agua.
(a)
(b)
Figura 1.2 Fuentes de contaminación del agua.
Fuente http://4.bp.blogspot.com
1.3 .1 Fuentes puntuales y no puntuales

Las fuentes puntuales descargan contaminantes en localizaciones específicas a
través de tuberías y alcantarillas. Ej: Fábricas, plantas de tratamiento de aguas
negras, minas, pozos petroleros, etc.

Las fuentes no puntuales son grandes áreas de terreno que descargan
contaminantes al agua sobre una región extensa. Ej: Vertimiento de sustancias
químicas, tierras de cultivo, lotes para pastar ganado, construcciones, tanques
sépticos.
Los contaminantes pueden ser clasificados en cuanto a su tipo y origen. En la tabla 1.3
se clasifica de acuerdo a su tipo:
7
ANTECEDENTES
Tabla 1.3 Clasificación de acuerdo al tipo de contaminante.
Tipo de contaminante
Fuente
Físicos
Fenómenos físicos que aparecen por
episodios de contaminación
(Aspecto,
color, olor, turbidez, sabor, temperatura,
conductividad).
Químicos Biodegradables
Transformables
por
mecanismos
biológicos que pueden conducir a la
mineralización.
Persistentes
No sufren biodegradación en un medio
ambiente en particular o bajo un conjunto
de
condiciones
experimentales
específicas.
Recalcitrantes
Intrínsecamente
resistentes
a
la
biodegradación.
Biológicos
Los microorganismos son los causantes
de la contaminación biológica de las
aguas. Estos pueden ser patógenos,
inocuos o de gran utilidad para la
autodepuración.
Fuente: Glynn Henry, Gary W. Heinke,1999, Ingeniería ambiental.
Las aguas residuales pueden tener diferentes orígenes los cuales se presentan en la
tabla 1.4.
8
ANTECEDENTES
Tabla 1.4 Clasificación de los contaminantes de acuerdo a su origen.
Origen
Fuente
Agrícola ganadero.
Son el resultado del riego y de otras
labores como limpieza ganadera, que
pueden
aportar
al
agua
grandes
cantidades de estiercol y orines (materia
orgánica, nutrientes y microorganismos).
Uno de los mayores problemas es la
contaminación con nitratos.
Origen Doméstico.
Son
las
que
provienen
urbanos.
Contienen
procedentes
de
(alimentos,
la
de
sustancias
actividad
deyecciones,
núcleos
humana
basuras,
productos de limpieza, jabones, etc.).
Origen pluvial.
Se origina por arrastre de la suciedad que
encuentra a su paso el agua de lluvia
Origen industrial.
Los procesos industriales generan una
gran variedad de aguas residuales, y cada
industria debe estudiarse individualmente.
Fuente: Dr Mariano Seoanez Calvo, 1999, Ingeniería del medio ambiente.
1.3.2 Formas a través de las cuales los contaminantes del agua se introducen en
el ambiente.
Los vertidos de aguas residuales representan una importante fuente global de
contaminación. Los residuos domésticos e industriales son vertidos en las aguas
superficiales a través de los sistemas de alcantarillado. En algunos casos los residuos
industriales son vertidos directamente en las aguas superficiales. La calidad de las
aguas residuales que se vierten al agua depende de los contaminantes que contenga y
9
ANTECEDENTES
del tratamiento al que haya sido sometida el agua residual antes de ponerse en
contacto con las aguas superficiales.
Las aguas residuales domésticas contienen principalmente papel, jabón, orina, heces y
detergentes. Los residuos industriales son variados y dependen de los procesos
específicos de las industrias que los originan.
Los metales pesados están asociados con las operaciones de minería y fundición, los
clorofenoles y fungicidas con las fábricas de papel, los insecticidas con las fábricas de
pesticidas, diferentes compuestos químicos orgánicos con la industria química y las
sustancias radiactivas con las plantas de energía nuclear.
En el interior las emisiones de residuos industriales son atentamente controladas, pero
en el mar la extracción de petróleo y manganeso conducen al vertido directo de
contaminantes en el mar. Los residuos radiactivos son tirados al mar en grandes
barriles de cemento para que se hundan, pero a menudo los barriles acaban teniendo
pérdidas después de un tiempo. Los representantes de industrias a menudo envían sus
residuos al mar para que sean vertidos ilegalmente, porque su purificación es muy
cara.
Los contaminantes pueden encontrarse en el agua en diferentes estados. Pueden estar
disueltos o en suspensión, lo que significa que se encuentran en forma de gotas o de
partículas. Los contaminantes también pueden estar disueltos en gotas o absorbidos
por partículas. Todos los estados de los contaminantes pueden desplazarse grandes
distancias en el agua de muchas maneras diferentes.
La materia particulada puede caer al fondo de los cauces y lagos o ascender a la
superficie, dependiendo de su densidad. Esto significa que mayormente permanece en
la misma posición cuando el agua no fluye deprisa. En los ríos, los contaminantes
normalmente viajan grandes distancias. La distancia que viajan depende de la
estabilidad y el estado físico del contaminante y de la velocidad del flujo del río. Los
10
ANTECEDENTES
contaminantes viajan mayores distancias cuando están disueltos en un río de flujo
rápido. Las concentraciones en un lugar son entonces generalmente bajas, pero el
contaminante puede ser detectado en muchos más sitios que si no hubiera sido
transportado tan fácilmente. En lagos y océanos los contaminantes son transportados
por las corrientes. Existen muchas corrientes en los océanos, que son producidas por
los vientos. Esto permite a los contaminantes viajar de un continente a otro.
Normalmente confiamos en la habilidad de los océanos para reducir la concentración
de los contaminantes, la así llamada “capacidad autolimpiadora” de los océanos. Pero
esto no siempre funciona, porque el movimiento de las corrientes en los océanos no es
uniforme. Esto hace que las aguas interiores tengan a menudo niveles de
contaminación
sustancialmente
superiores
a
los
del
mar
abierto.
Cuando los contaminantes persistentes se acumulan en peces o en pájaros no solo
pueden convertirse en un peligro tóxico para las cadenas alimentarias acuáticas, sino
que también pueden desplazarse grandes distancias dentro de estos animales y acabar
en las cadenas alimentarias de áreas no contaminadas.
1.4 Toxicidad de los contaminantes del agua
Muchos compuestos químicos diferentes son considerados contaminantes, desde
simples
iones
inorgánicos
hasta
complejas
moléculas
orgánicas.
Los contaminantes del agua se dividen en varias clases. Cada clase de contaminante
tiene sus maneras específicas de introducirse en el medio ambiente y sus peligros
específicos. Todas las clases incluyen contaminantes importantes y son conocidos por
muchas personas, debido a sus diversos efectos sobre la salud. Los contaminantes se
clasifican en dos tipos:

Orgánicos

Inorgánicos
11
ANTECEDENTES
1.4.1 Contaminantes orgánicos
Los
compuestos
orgánicos
son
compuestos
formados
por
enlaces
largos,
generalmente de carbono. Muchos compuestos orgánicos son tejidos básicos de los
organismos vivos. Las moléculas formadas por carbono y por carbono e hidrógeno
son apolares y no son solubles en agua o son poco solubles. Tienen de poca a
ninguna carga eléctrica.
El comportamiento de los compuestos orgánicos depende de su estructura molecular,
tamaño y forma y de la presencia de grupos funcionales que son determinantes
importantes de la toxicidad. Es importante conocer la estructura de los compuestos
orgánicos, con el objeto de predecir su destino en los organismos vivos y en el medio
ambiente. Todos los compuestos orgánicos que son peligrosos para la salud son
producidos por el hombre y sólo han existido durante el último siglo.
Existen muchos tipos diferentes de contaminantes orgánicos, algunos ejemplos son:
 Hidrocarburos. Estos son enlaces carbono-hidrógeno. Pueden dividirse
en dos grupos, estando el primero formado por alcanos de enlace
simple, alquenos de enlace doble y alquinos de triple enlace (gases o
líquidos) y el segundo por los hidrocarburos aromáticos, que contienen
estructuras de anillo (líquidos o sólidos). Los hidrocarburos aromáticos
son mucho más reactivos que cualquiera de los del primer grupo de
hidrocarburos.
 Los PCB's (Bifenilos policlorados) son fluídos estables y no reactivos que
son utilizados como fluídos hidráulicos, fluídos refrigerantes o de
aislamiento en transformadores y plastificadores en pinturas. Existen
muchos PCB's diferentes. Ninguno de ellos son solubles en agua. En
muchos países los PCB's están restringidos.
 Los insecticidas tales como el DDT son muy peligrosos porque se
acumulan en los tejidos grasos de los animales inferiores y se introducen
12
ANTECEDENTES
en la cadena alimentaria. Han sido restringidos desde hace décadas.
 Detergentes. Estos pueden ser tanto polares como apolares. En la
figura 1.3 se presentan algunos contaminantes orgánicos.
Figura 1.3 Contaminantes orgánicos como detergentes e hidrocarburos.
Fuente: eco.microsiervos.com/images/agua_contaminada.jpg
1.4.2 Contaminantes inorgánicos
Algunos contaminantes inorgánicos no son particularmente tóxicos, pero aún así son
un peligro para el medio ambiente porque son usados extensivamente. Estos incluyen
fertilizantes, tales como nitratos y fosfatos. Los nitratos y fosfatos provocan auges
algales globales en las aguas superficiales, lo que hace que el nivel de oxígeno en el
agua disminuya. Esto provoca un stress oxigénico debido a la toma de oxígeno por
parte de los microorganismos descomponedores de algas. A esto se le llama
eutrofización.
Metales
Los metales son buenos conductores de la electricidad y generalmente participan en
las reacciones químicas como iones positivos, conocidos como cationes. Los metales
13
ANTECEDENTES
son sustancias naturales que se han formado por meteorización de minerales, allí
donde fueron depositados durante la actividad volcánica. Pueden ser vueltos a poner
en situación de causar serios peligros medioambientales. Algunos ejemplos de
metales son: plomo, zinc, manganeso, calcio y potasio. Se pueden encontrar en aguas
superficiales en sus formas iónicas estables. Los metales artificiales pueden ser muy
peligrosos, porque a menudo provienen de reacciones nucleares provocadas por los
hombres y pueden ser fuertemente radiactivos.
Los metales pueden reaccionar con otros iones para formar productos peligrosos. A
menudo están implicados en reacciones de transferencia electrónica en las que el
oxígeno está presente. Esto puede llevar a la formación de oxi-radicales tóxicos.
Los metales pueden formar metaloides y luego unirse a compuestos orgánicos para
formar sustancias lipófilas que a menudo son altamente tóxicas y que pueden ser
almacenadas en las reservas de grasas de los animales y humanos. Los metales
también pueden unirse a macromoléculas celulares en el cuerpo humano.
Los metales pesados son los metales más peligrosos. Tienen una densidad mayor de
5 y es por eso que se les llama pesados.
Los metales no pueden ser rotos en componentes menos peligrosos, porque no son
bio-degradables. La única oportunidad que tienen los organismos contra los metales
es almacenarlos en tejidos corporales donde no puedan causar ningún daño.
Los organismos necesitan metales, ya que son esenciales para su salud y a menudo
son componentes esenciales de los enzimas. En la figura 1.4 se muestra una
contaminación por metales.
14
ANTECEDENTES
Figura 1.4 Contaminación por metales.
Fuente: 4.bp.blogspot.com/_wtCQYU4sYow
1.5 Métodos de tratamientos de agua
El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos
y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos, químicos y
biológicos presentes en el agua efluente del uso humano. El objetivo del tratamiento es
producir agua limpia (o efluente tratado) o reutilizable en el ambiente y un residuo sólido
o fango (también llamado biosólido o lodo) convenientes para su disposición o rehúso.
Es muy común llamarlo depuración de aguas residuales para distinguirlo del tratamiento
de aguas potables.
Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones y locales
comerciales e industriales. Éstas pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual son
generadas (por ejemplo: tanques sépticos u otros medios de depuración) o bien pueden
ser recogidas y llevadas mediante una red de tuberías - y eventualmente bombas - a
una planta de tratamiento municipal. Los esfuerzos para recolectar y tratar las aguas
residuales domésticas de la descarga están típicamente sujetos a regulaciones y
estándares locales, estatales y federales (regulaciones y controles). A menudo ciertos
15
ANTECEDENTES
contaminantes de origen industrial presentes en las aguas residuales requieren
procesos de tratamiento especializado. En la figura 1.5 se muestra el proceso de
tratamiento de las aguas servidas.
TRATAMIENTO
PRIMARIO
TRATAMIENTO
SECUNDARIO
AGUA
SERVIDA
AGUA
RESIDUAL
TRATADADA
TRATAMIENTO
TERCIARIO
Figura 1.5 Etapas de tratamiento de aguas servidas.
Fuente: Autor
Estos procesos de tratamiento son típicamente referidos a un:

Tratamiento primario (asentamiento de sólidos)

Tratamiento secundario (tratamiento biológico de la materia orgánica disuelta
presente en el agua residual, transformándola en sólidos suspendidos que se
eliminan fácilmente)

Tratamiento terciario (pasos adicionales como lagunas, micro filtración o
desinfección)
Parámetros
Para determinar la calidad de un agua es necesario analizar los parámetros:
Parámetros físicos:
 Características organolépticas (olor, color y sabor)
 Temperatura (la temperatura óptima es de 8-15ºC)
 Conductividad (gracias a las sales)
16
ANTECEDENTES
 Turbidez
Parámetros químicos: incluyen a los orgánicos, los inorgánicos y los gases.

Parámetros orgánicos: miden la cantidad de materia orgánica que hay en el
agua. A > cantidad de materia orgánica en el agua < calidad del agua.

DBO (demanda bioquímica del O2): Mide el oxígeno disuelto utilizado por
los microorganismos en la oxidación bioquímica de la materia. El periodo
de incubación tras el cual se realiza la medición suele ser de 5 días,
comparándose el valor obtenido con el original presente en la muestra. Se
determina así la cantidad aproximada de oxígeno utilizado que se
requerirá para degradar biológicamente la materia orgánica.

DQO (demanda química de oxígeno): Mide el oxígeno disuelto requerido
para oxidar la materia mediante un agente químico. Mide la cantidad de
materia orgánica total (la biodegradable y la no biodegradable)

Parámetros inorgánicos: los más usuales son el pH y la concentración de sales.

Gases: los gases presentes habitualmente en las aguas naturales son el
nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono, que son gases comunes en a
atmósfera, mientras que en las aguas residuales hay sulfuro de hidrógeno,
metano y amoniaco, que procede de la descomposición de la materia orgánica.
Por otro lado, en las aguas desinfectadas se puede encontrar cloro y ozono.
Parámetros microbiológicos:
 Este control es exclusivo para aguas de uso humano. Se basan en medir
la presencia de microorganismos como son bacterias coliformes que
producen la contaminación fecal y los microorganismos patógenos que
producen cólera
17
ANTECEDENTES
 Además de estos parámetros existen organismos bioindicadores que nos
pueden informar sobre la calidad del agua. Éstos son larvas de algunos
insectos, moluscos, que no pueden vivir en aguas contaminadas.
A continuación se describirán las etapas del tratamiento de aguas servidas.
1.5.1 Etapas del tratamiento
1.5.1.1 Tratamiento primario
El tratamiento primario es para reducir aceites, grasas, arenas y sólidos gruesos. Este
paso está enteramente hecho con maquinaria, de ahí conocido también como
tratamiento mecánico.
Remoción de sólidos
En el tratamiento mecánico, el afluente es filtrado en cámaras de rejas para eliminar
todos los objetos grandes que son depositados en el sistema de alcantarillado, tales
como trapos, barras, condones, compresas, tampones, latas, frutas, papel higiénico,
etc. Éste es el usado más comúnmente mediante una pantalla rastrillada automatizada
mecánicamente. Este tipo de basura se elimina porque esto puede dañar equipos
sensibles en la planta de tratamiento de aguas residuales, además los tratamientos
biológicos no están diseñados para tratar sólidos.
Remoción de arena
Esta etapa (también conocida como escaneo o maceración) típicamente incluye un
canal de arena donde la velocidad de las aguas residuales es cuidadosamente
controlada para permitir que la arena y las piedras de ésta tomen partículas, pero
todavía se mantiene la mayoría del material orgánico con el flujo. Este equipo es
llamado colector de arena. La arena y las piedras necesitan ser quitadas a tiempo en el
proceso para prevenir daño en las bombas y otros equipos en las etapas restantes del
18
ANTECEDENTES
tratamiento. Algunas veces hay baños de arena (clasificador de la arena) seguido por
un transportador que transporta la arena a un contenedor para la deposición. El
contenido del colector de arena podría ser alimentado en el incinerador en un
procesamiento de planta de fangos, pero en muchos casos la arena es enviada a un
terraplén.
Sedimentación
Muchas plantas tienen una etapa de sedimentación donde el agua residual se pasa a
través de grandes tanques circulares o rectangulares. Estos tanques son comúnmente
llamados clarificadores primarios o tanques de sedimentación primarios. Los tanques
son lo suficientemente grandes, tal que los sólidos fecales pueden situarse y el material
flotante como la grasa y plásticos pueden levantarse hacia la superficie y desnatarse. El
propósito principal de la etapa primaria es producir generalmente un líquido homogéneo
capaz de ser tratado biológicamente y unos fangos o lodos que puede ser tratado
separadamente. Los tanques primarios de establecimiento se equipan generalmente
con raspadores conducidos mecánicamente que llevan continuamente los fangos
recogido hacia una tolva en la base del tanque donde mediante una bomba puede llevar
a éste hacia otras etapas del tratamiento. En la figura 1.6 se muestra la sedimentación.
Figura 1.6 Tratamiento primario.
Fuente: www.tecnun.e/Hipertexto/11CAgu/11-10Pro.jpg
19
ANTECEDENTES
1.5.1.2 Tratamiento secundario
El tratamiento secundario es designado para substancialmente degradar el contenido
biológico de las aguas residuales que se derivan de la basura humana, basura de
comida, jabones y detergentes. La mayoría de las plantas municipales e industriales
trata el licor de las aguas residuales usando procesos biológicos aeróbicos. Para que
sea efectivo el proceso biótico, requiere oxígeno y un substrato en el cual vivir. Hay un
número de maneras en la cual esto está hecho. En todos estos métodos, las bacterias y
los protozoarios consumen contaminantes orgánicos solubles biodegradables (por
ejemplo: azúcares, grasas, moléculas de carbón orgánico, etc.) y unen muchas de las
pocas fracciones solubles en partículas de flóculo. Los sistemas de tratamiento
secundario son clasificados como película fija o crecimiento suspendido. En los
sistemas fijos de película (como los filtros de roca) la biomasa crece en el medio y el
agua residual pasa a través de él. En el sistema de crecimiento suspendido –como
fangos activos- la biomasa está bien combinada con las aguas residuales. Típicamente,
los sistemas fijos de película requieren superficies más pequeñas que para un sistema
suspendido equivalente del crecimiento, sin embargo, los sistemas de crecimiento
suspendido son más capaces ante choques en el cargamento biológico y provee
cantidades más altas del retiro para el DBO y los sólidos suspendidos que sistemas
fijados de película.
Filtros de desbaste
Los filtros de desbaste son utilizados para tratar particularmente cargas orgánicas
fuertes o variables, típicamente industriales, para permitirles ser tratados por procesos
de tratamiento secundario. Son filtros típicamente altos, filtros circulares llenados con
un filtro abierto sintético en el cual las aguas residuales son aplicadas en una cantidad
relativamente alta. El diseño de los filtros permite una alta descarga hidráulica y un alto
flujo de aire. En instalaciones más grandes, el aire es forzado a través del medio
usando sopladores. El líquido resultante está usualmente con el rango normal para los
procesos convencionales de tratamiento.
20
ANTECEDENTES
Fangos activos
Las plantas de fangos activos usan una variedad de mecanismos y procesos para usar
oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que remueven
substancialmente materia orgánica. También puede atrapar partículas de material y
puede, bajo condiciones ideales, convertir amoniaco en nitrito y nitrato, y en última
instancia a gas nitrógeno.
Camas filtrantes (camas de oxidación)
Se utiliza la capa filtrante de goteo utilizando plantas más viejas y plantas receptoras de
cargas más variables, las camas filtrantes son utilizadas donde el licor de las aguas
residuales es rociado en la superficie de una profunda cama compuesta de coke
(carbón, piedra caliza o fabricada especialmente de medios plásticos). Tales medios
deben tener altas superficies para soportar los biofilms que se forman. El licor es
distribuido mediante unos brazos perforados rotativos que irradian de un pivote central.
El licor distribuido gotea en la cama y es recogido en drenes en la base. Estos drenes
también proporcionan un recurso de aire que se infiltra hacia arriba de la cama,
manteniendo un medio aerobio. Las películas biológicas de bacteria, protozoarios y
hongos se forman en la superficie media y se comen o reducen los contenidos
orgánicos. Este biofilm es alimentado a menudo por insectos y gusanos.
Placas rotativas y espirales
En algunas plantas pequeñas son usadas placas o espirales de revolvimiento lento que
son parcialmente sumergidas en un licor. Se crea un flóculo biótico que proporciona el
substrato requerido.
Reactor biológico de cama móvil
El reactor biológico de cama móvil (MBBR, por sus siglas en inglés) asume la adición
de medios inertes en vasijas de fangos activos existentes para proveer sitios activos
21
ANTECEDENTES
para que se adjunte la biomasa. Esta conversión hace como resultante un sistema de
crecimiento. Las ventajas de los sistemas de crecimiento adjunto son:

Mantener una alta densidad de población de biomasa.

Incrementar la eficiencia del sistema sin la necesidad de incrementar la
concentración del licor mezclado de sólidos.

Eliminar el costo de operación de la línea de retorno de fangos activos.
Filtros aireados biológicos
Filtros aireados (o anóxicos) biológicos (BAF) combinan la filtración con reducción
biológica de carbono, nitrificación o desnitrificación. BAF incluye usualmente un reactor
lleno de medios de un filtro. Los medios están en la suspensión o apoyados por una
capa en el pie del filtro. El propósito doble de este medio es soportar altamente la
biomasa activa que se une a él y a los sólidos suspendidos del filtro. La reducción del
carbón y la conversión del amoniaco ocurre en medio aerobio y alguna vez alcanzado
en un sólo reactor mientras la conversión del nitrato ocurre en una manera anóxica.
BAF es también operado en flujo alto o flujo bajo dependiendo del diseño especificado
por el fabricante.
Reactores biológicos de la membrana
MBR es un sistema con una barrera de membrana semipermeable o en conjunto con un
proceso de fangos. Esta tecnología garantiza la remoción de todos los contaminantes
suspendidos y algunos disueltos. La limitación de los sistemas MBR es directamente
proporcional a la eficaz reducción de nutrientes del proceso de fangos activos. El coste
de construcción y operación de MBR es usualmente más alto que el de un tratamiento
de aguas residuales convencional de esta clase de filtros.
22
ANTECEDENTES
Sedimentación secundaria
El paso final de la etapa secundaria del tratamiento es retirar los flóculos biológicos del
material de filtro y producir agua tratada con bajos niveles de materia orgánica y materia
suspendida. En la figura 1.7 se muestra el tratamiento secundario.
Figura 1.7 Tratamiento secundario.
Fuente: www.tecnun.e/Hipertexto/11CAgu/11-10Pro.jpg
1.5.1.3 Tratamiento terciario
El tratamiento terciario proporciona una etapa final para aumentar la calidad del efluente
al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente receptor (mar, río,
lago, campo, etc.) Más de un proceso terciario del tratamiento puede ser usado en una
planta de tratamiento. Si la desinfección se practica siempre en el proceso final, es
siempre llamada pulir el efluente.
Filtración
La filtración de arena remueve gran parte de los residuos de materia suspendida. El
carbón activado sobrante de la filtración remueve las toxinas residuales.
23
ANTECEDENTES
Lagunaje
El tratamiento de lagunas proporciona el establecimiento necesario y fomenta la mejora
biológica de almacenaje en charcos o lagunas artificiales. Se trata de una imitación de
los procesos de autodepuración que somete un río o un lago al agua residual de forma
natural. Estas lagunas son altamente aerobias y la colonización por los macrophytes
nativos, especialmente cañas, se dan a menudo. Los invertebrados de alimentación del
filtro pequeño tales como Daphnia y especies de Rotifera asisten grandemente al
tratamiento removiendo partículas finas. El sistema de lagunaje es barato y fácil de
mantener pero presenta los inconvenientes de necesitar gran cantidad de espacio y de
ser poco capaz para depurar las aguas de grandes núcleos. En la figura 1.8 se muestra
el lagunaje.
Figura 1.8 Esquema de una depuradora por lagunaje.
Fuente:http://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_de_aguas_
residuales# Tratamiento_biol.C3.B3gico
Tierras húmedas construidas
Las tierras húmedas construidas incluyen camas de caña y un rango similar de
metodologías similares que proporcionan un alto grado de mejora biológica aerobia y
pueden ser utilizados a menudo en lugar del tratamiento secundario para las
comunidades pequeñas, también para la fitorremediación.
24
ANTECEDENTES
Remoción de nutrientes
Las aguas residuales poseen nutrientes pueden también contener altos niveles de
nutrientes (nitrógeno y fósforo) que eso en ciertas formas puede ser tóxico para peces e
invertebrados en concentraciones muy bajas (por ejemplo amoníaco) o eso puede crear
condiciones insanas en el ambiente de recepción (por ejemplo: mala hierba o
crecimiento de algas). Las malas hierbas y las algas pueden parecer ser una edición
estética, pero las algas pueden producir las toxinas, y su muerte y consumo por las
bacterias (decaimiento) pueden agotar el oxígeno en el agua y asfixiar los pescados y a
otra vida acuática. Cuando se recibe una descarga de los ríos a los lagos o a los mares
bajos, los nutrientes agregados pueden causar pérdidas entrópicas severas perdiendo
muchos peces sensibles a la limpieza del agua. La retirada del nitrógeno o del fósforo
de las aguas residuales se puede alcanzar mediante la precipitación química o
biológica.
La remoción del nitrógeno se efectúa con la oxidación biológica del nitrógeno del
amoníaco a nitrato (nitrificación que implica nitrificar bacterias tales como Nitrobacter y
Nitrosomonus), y entonces mediante la reducción, el nitrato es convertido al gas
nitrógeno (desnitrificación), que se lanza a la atmósfera. Estas conversiones requieren
condiciones cuidadosamente controladas para permitir la formación adecuada de
comunidades biológicas. Los filtros de arena, las lagunas y las camas de lámina se
pueden utilizar para reducir el nitrógeno. Algunas veces, la conversión del amoníaco
tóxico al nitrato solamente se refiere a veces como tratamiento terciario.
La retirada del fósforo se puede efectuar biológicamente en un proceso llamado retiro
biológico realzado del fósforo. En este proceso específicamente bacteriano, llamadas
Polyphosphate que acumula organismos, se enriquecen y acumulan selectivamente
grandes cantidades de fósforo dentro de sus células. Cuando la biomasa enriquecida
en estas bacterias se separa del agua tratada, los biosólidos bacterianos tienen un alto
valor del fertilizante. La retirada del fósforo se puede alcanzar también, generalmente
por la precipitación química con las sales del hierro (por ejemplo: cloruro férrico) o del
25
ANTECEDENTES
aluminio (por ejemplo: alumbre). El fango químico que resulta, sin embargo, es difícil de
operar, y el uso de productos químicos en el proceso del tratamiento es costoso.
Aunque esto hace la operación difícil y a menudo sucia, la eliminación química del
fósforo requiere una huella significativamente más pequeña del equipo que la de retiro
biológico y es más fácil de operar.
Desinfección
El propósito de la desinfección en el tratamiento de las aguas residuales es reducir
substancialmente el número de organismos vivos en el agua que se descargará
nuevamente dentro del ambiente. La efectividad de la desinfección depende de la
calidad del agua que es tratada (por ejemplo: turbiedad, pH, etc.), del tipo de
desinfección que es utilizada, de la dosis de desinfectante (concentración y tiempo), y
de otras variables ambientales. El agua turbia será tratada con menor éxito puesto que
la materia sólida puede blindar organismos, especialmente de la luz ultravioleta o si los
tiempos del contacto son bajos. Generalmente, tiempos de contacto cortos, dosis bajas
y altos flujos influyen en contra de una desinfección eficaz. Los métodos comunes de
desinfección incluyen el ozono, la clorina, o la luz UV. La Cloramina, que se utiliza para
el agua potable, no se utiliza en el tratamiento de aguas residuales debido a su
persistencia.
La desinfección con cloro sigue siendo la forma más común de desinfección de las
aguas residuales en México debido a su bajo historial de costo y del largo plazo de la
eficacia. Una desventaja es que la desinfección con cloro del material orgánico residual
puede generar compuestos orgánicamente clorados que pueden ser carcinógenos o
dañinos al ambiente. La clorina o las "cloraminas" residuales puede también ser
capaces de tratar el material con cloro orgánico en el ambiente acuático natural.
Además, porque la clorina residual es tóxica para especies acuáticas, el efluente
tratado debe ser químicamente desclorinado, agregándose complejidad y costo del
tratamiento.
26
ANTECEDENTES
La luz ultravioleta (UV) se está convirtiendo en el medio más común de la desinfección
en el Reino Unido debido a las preocupaciones por los impactos de la clorina en el
tratamiento de aguas residuales y en la clorinación orgánica en aguas receptoras. La
radiación UV se utiliza para dañar la estructura genética de las bacterias, virus, y otros
patógenos, haciéndolos incapaces de la reproducción. Las desventajas dominantes de
la desinfección UV son la necesidad del mantenimiento y del reemplazo frecuentes de
la lámpara y la necesidad de un efluente altamente tratado para asegurarse de que los
microorganismos objetivo no están blindados de la radiación UV (es decir, cualquier
sólido presente en el efluente tratado puede proteger microorganismos contra la luz
UV).
El ozono O3 es generado pasando el O2 del oxígeno con un potencial de alto voltaje
resultando un tercer átomo de oxígeno y que forma O 3. El ozono es muy inestable y
reactivo y oxida la mayoría del material orgánico con que entra en contacto, de tal
manera que destruye muchos microorganismos causantes de enfermedades.
El ozono se considera ser más seguro que la clorina porque, mientras que la clorina
que tiene que ser almacenada en el sitio (altamente venenoso en caso de un
lanzamiento accidental), el ozono es colocado según lo necesitado.
La ozonización también produce pocos subproductos de la desinfección que la
desinfección con cloro. Una desventaja de la desinfección del ozono es el alto costo del
equipo de la generación del ozono y que la cualificación de los operadores deben ser
elevada. En la figura 1.9 se muestra el tratamiento terciario por osmosis inversa.
27
ANTECEDENTES
Río
Figura 1.9 tratamiento terciario por osmosis inversa.
Fuente: www.uach.cl/rrpp/online/img_galerias/1051.jpg
28
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
CAPITULO II
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS
SERVIDAS.
2.1 El papel de las tecnologías nuevas y antiguas
Posiblemente el cambio más importante acontecido en los últimos 20 años en la
implementación del manejo de sistemas pequeños y descentralizados de aguas
residuales es el desarrollo de nuevas tecnologías y el retomar procesos viejos
utilizando equipos modernos. Las tecnologías existentes son:
Tratamiento físico químico

Remoción de sólidos

Remoción de arena

Precipitación con o sin ayuda de coagulantes o floculantes

Separación y filtración de sólidos
El agregado de cloruro férrico ayuda a precipitar en gran parte a la remoción de
fósforo y ayuda a precipitar biosólidos
Tratamiento biológico

Lechos oxidantes o sistemas aeróbicos

Post – precipitación

Liberación al medio de efluentes, con o sin desinfección según las normas
de cada jurisdicción.
30
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Tratamiento químico
Este paso es usualmente combinado con procedimientos para remover sólidos
como la filtración. La combinación de ambas técnicas es referida en los Estados
Unidos como un tratamiento físico-químico.

Eliminación del hierro del agua potable. Los métodos para eliminar el
exceso de hierro incluyen generalmente transformación del agua clorada en
una disolución generalmente básica utilizando cal apagada; oxidación del
hierro mediante el ion hipoclorito y precipitación del hidróxido férrico de la
solución básica. Mientras todo esto ocurre el ion OCl está destruyendo los
microorganismos patógenos del agua.

Eliminación del oxígeno del agua de las centrales térmicas. Para
transformar el agua en vapor en las centrales térmicas se utilizan calderas a
altas temperaturas. Como el oxigeno es un agente oxidante, se necesita un
agente reductor como la hidrazina para eliminarlo.

Eliminación de los fosfatos de las aguas residuales domésticas. El
tratamiento de las aguas residuales domésticas incluye la eliminación de los
fosfatos. Un método muy simple consiste en precipitar los fosfatos con cal
apagada. Los fosfatos pueden estar presentes de muy diversas formas
como el ion Hidrógeno fosfato.

Eliminación de nitratos de las aguas residuales domésticas y
procedentes de la industria. Se basa en dos procesos combinados de
nitrificación y desnitrificación que conllevan una producción de fango en
forma de biomasa fácilmente decantable.
2.2 Principales procesos de tratamiento biológico utilizados en el tratamiento
de aguas residuales
Existe una gran variedad de procesos para el tratamiento de aguas negras en la
tabla 2.1 se presentan, solo los procesos principales de tratamiento biológico.
31
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Tabla 2.1 Principales procesos de tratamiento biológico utilizados en el
tratamiento de aguas servidas.
Tipo
Nombre común
Procesos aerobios
Procesos de lodos activados
Crecimiento en suspensión
Lagunas aireadas
Digestión aerobia
Película bacterial adherida
Filtros percoladores
Sistemas
biológicos
de
contacto
rotatorios
Reactor de lecho empacado
Hibrido (combinación)
Filtros percoladores/lodo activado
Procesos de crecimiento en
suspensión y de película bacterial
Humedales artificiales
adherida
Procesos anóxicos
Crecimiento en suspensión
Denitrificación
por
crecimiento
en
suspensión
Película bacterial adherida
Denitrificación por película fija
Procesos anaerobios
Crecimiento en suspensión
Procesos de contacto anaerobio
Digestión anaerobia
Película bacterial adherida
Lecho anaerobio fijo
Hibrido
Proceso anaerobio de manto de lodos
de flujo ascendente
Reactor de manto de lodos/reactor del
lecho fijo
32
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Procesos
aerobios,
anóxicos
y
anaerobios combinados
Crecimiento en suspensión
Procesos simples de o de múltiples
etapas, diferentes procesos propios
Crecimiento
combinado
en Procesos simples o de múltiples etapas
suspensión y película bacterial adherida
Procesos en lagunas
Lagunas aerobias
Lagunas aerobias
Lagunas de maduración (terciarias)
Lagunas de maduración (terciarias)
Lagunas facultativas
Lagunas facultativas
Lagunas anaerobias
Lagunas anaerobias
Fuente: Ron Crites, George Tchobanoglous, 2000, Tratamiento de aguas residuales en pequeñas
poblaciones
2.2.1 Proceso de lodos activados
El lodo activado es una proceso de tratamiento por el cual el agua residual y el
lodo biológico (microorganismos) son mezclados y airados en un tanque
denominado aireador, los flóculos biológicos formados en este proceso se
sedimentan en un tanque de sedimentación, lugar del cual son recirculados
nuevamente al tanque aireador o de aeración.
En el proceso de lodos activados los microorganismos son completamente
mezclados con la materia orgánica en el agua residual de manera que ésta les
sirve de alimento para su producción. Es importante indicar que la mezcla o
agitación se efectúa por medios mecánicos (aireadores superficiales, sopladores,
etc.) los cuales tiene doble función:

producir mezcla completa y

agregar oxígeno al medio para que el proceso se desarrolle.
33
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
La representación esquemática del proceso se muestra en la figura 2.1 mostrado a
continuación.
AGUAS SERVIDAS
TOLVA DE
LODOS
Figura 2.1 Proceso de lodos activados
Fuente: http://images.engormix.com/s_articles/1481_tratamiento_19.gif
Elementos básicos de las instalaciones del proceso de lodos activados:

Tanque de aeración: Estructura donde el desagüe y los microorganismos
(incluyendo retorno de los lodos activados) son mezclados. Se produce
reacción biológica.

Tanque sedimentador: El desagüe mezclado procedente del tanque
aereador es sedimentado separando los sólidos suspendidos (lodos
activados), obteniéndose un desagüe tratado clarificado.

Equipo de aereación: Inyección de oxígeno para activar las bacterias
heterotróficas.

Sistema de retorno de lodos: El propósito de este sistema es el de
mantener una alta concentración de microorganismos en el tanque de
aereación.
Una gran parte de sólidos biológicos sedimentables en el tanque
sedimentador son retomados al tanque de aereación.

Exceso de lodos y su disposición: El exceso de lodos, debido al
crecimiento bacteriano en el tanque de aereación, son eliminados, tratados
y dispuestos.
34
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Operación básica
1) Pretratamiento/ Ajuste de Aguas Residuales
En algunos casos las aguas residuales deben ser acondicionadas antes de
procederse con ellos el proceso de lodos activados, esto es debido a que ciertos
elementos inhiben el proceso biológico, algunos de estos casos son:
Sustancias dañinas a la activación microbiana ( ej: Cl2 ).
Grandes cantidades sólidos --> Utilización de cribas o rejas, tanque de
sedimentación primaria (sólidos fácilmente sedimentables)
Aguas residuales con valores anormales de pH --> Proceso de neutralización
indispensable.
Desagües con grandes fluctuaciones de gasto y calidad de las aguas residuales
incluyendo concentración de DBO --> Tanque de igualación
2) Remoción de DBO en un Tanque de aereación.
Las aguas residuales crudas mezcladas con el lodo activado retornado del tanque
de sedimentador final es aereado hasta obtener 2 mg/L de oxígeno disuelto o más,
en este proceso una parte de materia orgánica contenida en los desagües es
mineralizada y gasificada y la otra parte es asimilada como nuevas bacterias.
3) Separación sólido líquido en el Tanque de Sedimentación
Los lodos activados deben ser separados del licor mezclado provenientes del
tanque de aereación este proceso se realiza en el tanque de sedimentación,
concentrándolos por gravedad. La finalidad de este proceso es:
a) Conseguir un efluente clarificado con un mínimo de sólidos suspendidos
b) Asegurar el lodo de retorno.
35
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
4) Descarga del exceso de lodos
Con la finalidad de mantener la concentración de los lodos activados en el licor
mezclado a un determinado valor, una parte de los lodos son eliminados del
sistema a lechos de secado o a espesadores seguidos de filtros mecánicos (filtros
prensa, de cinta etc.) para posteriormente disponer el lodo seco como residuo
sólido.
Un aspecto relacionado con la separación de lodos es el concerniente a los
flóculos biológicos de los lodos activados, estos están compuestos de bacterias
heterotróficas y son el elemento principal para la purificación, tienen dos
importantes características en el proceso:
a) Eficiente remoción de materia orgánica.
b) Eficiente separación de sólidos.
Bacterias
Las bacterias juegan un rol preponderante en el tratamiento biológico. Las
bacterias son clasificadas de acuerdo a sus características bioquímicas.
a) Clasificación por su forma de vida
1. De crecimiento suspendido, con existencia de flóculos orgánicos (Lodos
Activados).
2. De crecimiento adherido donde el crecimiento bacterial se realiza en un
medio de apoyo (piedras, medio artificial PVC). Utilizado en procesos con
filtros percoladores.
b) Clasificación por uso de oxígeno

Los organismos aeróbicos existen solo cuando existe una fuente de
oxígeno molecular.

Organismos anaeróbicos cuya existencia esta condicionada a la ausencia
de oxígeno.
36
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS

Organismos facultativos tiene la capacidad de sobrevivir con o sin
oxígeno
2.2.2 Lagunas aireadas
Laguna que contiene oxígeno donde el agua residual se estabiliza parcialmente
mediante la actividad metabólica de bacterias y algas. Las lagunas pequeñas
(menores de 0,2 hectareas y 0,9 m de profundidad) pueden mantener condiciones
aerobias sin aeración mecánica.
Las lagunas aeróbicas se basan en el aporte de oxígeno a partir del crecimiento
de fotosintetizadores y permiten obtener efluentes de baja DBO soluble pero de
alto contenido de algas, las que debieran ser cosechadas a fin de controlar los
cuerpos receptores. En la figura 2.2 se muestra el esquema de una laguna
aireada.
Efluente
Efluente
Fangos
Figura 2.2 Esquema de una laguna aireada
Fuente: http://www.xtec.es/~msoles/depuradores/esp/classificacio.gif
37
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Algunos parámetros a considerar son los siguientes:
a) Profundidad debe ser tal que no se produzcan regiones sin oxígeno,
teniendo sobre todo presente que la turbiedad impide el paso de la luz
solar. Se suelen encontrar profundidades de 3 a 7 metros.
b) Tiempos de retención hidráulicos teóricos (es decir, volumen de la
laguna dividido por caudal medio tratado) han de ser de 10 a 40 días, de
modo que el terreno requerido para esta tecnología puede ser
intolerablemente grande.
c) Tasa de carga de este tipo de lagunas cae en el rango de 85 a 170 kg de
DBO5 por hectárea y por día.
2.2.2.1 Clasificación
Las lagunas aireadas, según el perfil de oxígeno disuelto en ellas, se pueden
clasificar como:
a) Aerobias: el oxigeno entregado permite mantener oxigeno disuelto en toda
la laguna, y la mezcla es suficiente para mantener los sólidos biológicos en
suspensión.
b) Facultativas: sólo existe oxígeno disuelto en el estrato superior; en
profundidad, está ausente. El grado de mezcla no es suficiente para
mantener todos los sólidos biológicos en suspensión, de modo que parte de
éstos sedimenta en el fondo. Allí se produce la descomposición anaerobia
de los sólidos.
En la siguiente tabla se muestran las principales ventajas y desventajas de
lagunas.
38
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Tabla 2.2 Principales factores para la construcción de una laguna aireada.
Ventajas
Desventajas
Bajo costo de capital
Requiere
grandes
extensiones
de
terreno
Requiere
mínima
capacitación
de Elevada concentración de algas en el
personal de operación
efluente.
Evacuación y disposición de lodos
Lagunas sin aireación muchas veces
cada 20 ó 30 años
no cumplen normas de vertimiento
Compatible
con
sistemas
de Si
tratamiento acuático o sobre el suelo
no
causar
se
impermeabilizan
contaminación
a
pueden
aguas
subterráneas
Mal diseño : malos olores
Fuente: Glynn Henry, Gary W. Heinke, 1999, Ingeniería ambiental
2.2.3 Digestión aerobia
Procesos realizados por diversos grupos de microorganismos, principalmente
bacterias y protozoos que en presencia de oxígeno actúan sobre la materia
orgánica disuelta, transformándola en productos finales inocuos y materia celular.
La ecuación (1) describe el proceso de digestión aerobia:
Materia Orgánica + O2 + Microorganismos + nutrientes → CO2 + agua + Materia
Orgánica + Microorganismos + NH4 + P.………………………………………….. (1)
Los Procesos Biológicos Aerobios se dividen en dos grandes grupos:
1) Proceso de fangos activados: el cultivo se mantiene en suspensión.
39
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
2) Procesos de película fija: los microorganismos se mantienen adheridos en
un material de soporte.
Ejemplos de sistemas de digestión aerobia:

Humedales

Fangos Activos

Biodiscos

Filtrado por goteo

Estabilización de lodos
Para que el proceso de fangos activos se desarrolle con la efectividad suficiente,
es preciso que los microorganismos “depuradores” actúen en una doble vertiente:

Estabilizando la materia orgánica

Facilitando agruparse en unidades que se denominan “flóculos” y que son
susceptibles de ser separados por decantación (lodos).
a) Fangos activos

Se produce en balsas de activación

Requieren aporte de oxígeno

Tratamiento biológico de 5-10 horas

La DBO desciende un 90%

El proceso lo realiza los flóculos
En la figura 2.3 se muestran las partes de un floculo.
40
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Figura 2.3 Partes de un floculo
Fuente: biotecnoloapractica.spaces.live.com
2.2.3.1 Ventajas y desventajas de la digestión anaerobia en comparación con
la aerobia
En la tabla 2.3 se muestran las ventajas y desventajas de la digestión anaeróbica
en comparación con la aeróbica.
Tabla 2.3 Comparación de la digestión aerobia y anaerobia
Digestión
Aeróbica
Anaeróbica
Ventajas
 En la digestión aerobia se  Fango
resultante
ocupa
usan muchas más bacterias,
menos volumen y se puede
todas las que el sistema pueda
secar más fácilmente.
 Tratamiento
permitir
 Como
resultado
de
este
contaminantes
de
residuos
para
proceso es la obtención del
disminuir malos olores
metano; éste acumula gran
microorganismos patógenos
cantidad
energía
y la degradación parcial de
materia
la
procedente
de
de
la
materia
y
orgánica,
41
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
orgánica de la que se partió y
mejorando la calidad del
por eso la energía obtenida al
agua residual que se vierte a
final es menor.
los ríos.
 La
digestión
nos  La
aerobia
proporciona
un
mayor
eliminación
de
contaminantes
los
es
rendimiento. Y = 0,4 lo que
comparable a la de los
quiere decir que de 1 gramo
mejores
de materia orgánica se sacan
aerobios:
tratamientos
o DBO es reducido de un
0,4 gramos de biomasa
80%
o DQO es reducido de un
50%
Desventajas
 El
exceso
producido
de
biomasa  El arrancado del proceso
muchas
veces
tiene que ser tratado mediante
una digestión
que
puede
anaerobia ya
contener
compuestos recalcitrantes.
anaerobio es lento y difícil
 La
digestión
precisa
de
anaerobia
bacterias
concretas y muy coordinada
 Supone
eficiencia
rendimiento
más
bajo
una
ya
menor
que
ecológico
al
su
es
transformar
menos materia orgánica en
biomasa.
 Rendimiento de la digestión
anaerobia es: 0,04 < Y < 0,1
42
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
2.2.4 Filtros percoladores
El proceso de filtración biológica puede definirse como un sistema de lechos,
compuesto en la gran mayoría de los casos de materiales sintéticos ó piedras de
diversas formas de alta relación área/volumen sobre el cual son aplicadas las
aguas residuales de manera continua o intermitente por medio de brazos
distribuidores fijos o móviles.
Producto de la aplicación de las aguas residuales al medio filtrante; los
microorganismos formados como una bio-película adherida a este medio pueden
entrar en contacto con las cargas orgánicas para el inicio del proceso de
purificación.
En el lecho se mantienen condiciones aeróbicas mediante el flujo de aire a través
del lecho, el cual se puede realizar por medios naturales, inducido por los
gradientes de temperatura existentes entre la temperatura del aire en el lecho y la
temperatura ambiental y por aireación forzada, utilizando equipos similares a los
extractores de aire.
Al tener a su disposición a las aguas residuales, ricas en materia orgánica que
pueden absorber y el oxígeno necesario para la síntesis celular (crecimiento
bacteriano), la bio-película de microorganismos aeróbicos inicia el desdoblamiento
de la materia orgánica obteniéndose al igual que en los otros procesos biológicos
de tratamiento de aguas residuales la remoción de la materia orgánica mediante
su conversión a masa celular, CO2 y H2O que se traduce en una purificación de
las aguas residuales que conforman el nuevo efluente que según el caso requerirá
de tratamientos posteriores si las especificaciones técnicas lo demandan.
Producto del crecimiento bacteriano en el medio filtrante, se llegará a un límite en
que las bacterias no recibirán ni el oxígeno ni los nutrientes necesarios para su
supervivencia por lo que morirán y terminarán por desprender a la bio-película del
medio. Este hecho hace necesario contar con un proceso de sedimentación que
se haga cargo del material desprendido.
43
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
2.2.4.1 Proceso microbiológico
La comunidad biológica que se encuentra dentro de un filtro percolador pertenece
principalmente al reino protista, donde se encuentran: bacterias aeróbicas,
anaeróbicas y facultativas, hongos, algas y protozoarios. Los microorganismos
que predominan son las bacterias facultativas, las cuales se presentan en la tabla
2.4:
Tabla 2.4 tipos de bacterias existentes en un filtro percolador
Bacteria
Función
Achromobacter,
Son las encargadas de degradar la materia orgánica del
Flavobacterium,
agua residual.
Pseudomonas
y
Alcaligenes
Nitrosomonas
y Se encargan de la nitrificación.
Nitrobacter
Fusazium,
Mucor, Se encargan de la estabilización de los residuos bajo
Penicillium, Geotrichu condiciones bajas de pH, sin embargo su crecimiento
y Sporatichem
debe ser controlado, ya que podrían obstruir el paso del
agua.
Phormidium,
Se encuentran en la parte donde da la luz del sol directa
Chlorella y Ulothrix
y brindan más oxígeno al sistema durante las horas en
que hay sol.
Vorticella,
Controlan el crecimiento bacteriano, predominando el
Opercularia
y grupo de los ciliados.
Epistylis
Los
gusanos, Ayudan a mantener la población bacteriana en alto
insectos y lombrices
crecimiento y rápida utilización de alimento.
44
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
2.2.4.2 Características de diseño
Geometría
El reactor o filtro consta de un recipiente cilíndrico o rectangular con diámetros
variables, hasta de 60 m y con profundidades entre 0.9 y 12 m. (Reglamento
Técnico del Sector RAS, 2000; Lee y Dar Lin, 2000).
Medios de soporte
El medio filtrante puede ser piedra triturada o cantos rodados con diámetros entre
5 y 10 cm o un medio plástico manufacturado especialmente para tal fin. Este
último se ha hecho muy popular en las últimas décadas ya que brindan una mayor
superficie de contacto para el crecimiento biológico y tienen un menor peso
específico, permitiendo la construcción de filtros de mayor profundidad.
Profundidad del filtro
El medio filtrante en el caso de la piedra debe tener una profundidad mínima de
0.9 m. y máxima de 2.4 m sobre los desagües, excepto cuando los estudios
justifiquen una construcción especial. En el caso del medio plástico, la profundidad
debe determinarse por medio de estudios pilotos o experiencias previas
debidamente sustentadas pero en promedio se encuentra entre los 3.0 y 12.0 m.
Debe proveerse un espacio libre mínimo de 15 cm entre los brazos distribuidores y
el medio filtrante.
Configuración
Cada diseñador tiene una secuenciación diferente para las unidades que
componen el sistema de tratamiento, pero lo más importante es que el diseño
hidráulico a utilizar brinde la suficiente flexibilidad para realizar las variaciones en
la dirección del flujo de tal forma que una vez construida la planta, se puedan
corregir con relativa facilidad los problemas de operación que se lleguen a
presentar.
45
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Recirculación
Cuando se efectúa la recirculación, es importante determinar si es antes o
después del clarificador primario, pues esto afecta significativamente en el diseño.
Igual consideración debe tenerse con los sedimentadores secundarios. El rango
de tasas de recirculación se encuentra entre 0 y 4.0 siendo las tasas más usuales
entre 0.5 y 3.0.
Ventilación
Es de gran importancia, para mantener el filtro en condiciones aeróbicas. El
sistema de desagüe, el canal efluente y tubería de efluentes deben ser diseñados
para permitir el libre paso del aire.
La ventilación se puede realizar por medios naturales, mediante las gradientes de
temperatura presentes entre el lecho y el medio ambiente o por medios forzados,
mediante equipos parecidos a extractores de aire. El flujo de aire debe ser 0.30.03 m3 /m2 de área filtrante como mínimo.
Distribución del caudal
Las aguas residuales pueden ser descargadas a los filtros mediante sifones,
bombas o descarga por gravedad desde las unidades de pre-tratamiento cuando
se hayan logrado características adecuadas de flujo. Dentro de los tipos de
distribuidores de flujo se encuentran los de accionamiento por motor eléctrico en
donde la velocidad de giro de sistema debe ser del orden de 10 rpm cuando el
distribuidor tiene dos brazos perpendiculares y los de propulsión hidráulica. Para
lograr una correcta distribución uniforme de flujo de agua residual sobre el área
superficial del filtro percolador, es necesario contar con distribuidores rotativos de
caudal que giren alrededor de un eje o en su defecto con otro sistema que logre el
mismo efecto. Para preservar la uniformidad en la distribución del caudal, el
volumen aplicado por metro cuadrado de superficie de filtro no debe exceder en el
volumen de diseño calculado.
46
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
2.2.4.3 Clasificación
Los filtros pueden clasificarse según su carga en:
a) Filtros de baja carga
Filtros lentos en los cuales el agua hace un sólo paso a través del filtro, con
cargas
volumétricas
bajas,
permitiendo
además
una
nitrificación
relativamente completa. Este tipo de filtro es seguro y simple de operar.
Producen una composición del efluente bastante estable, pero crean
problemas de olores y moscas.
b) Filtros de alta carga
Emplean la recirculación para crear una carga hidráulica más homogénea,
diluyendo por otra parte la DBO5 influente. El porcentaje de recirculación
puede llegar a 400%.
Este sistema de filtración tiene una eficiencia tan buena como la de los
filtros de baja tasa evitando en gran medida el problema de moscas y de
olores.
Valencia refiere que “originalmente los filtros percoladores eran
diseñados basados en unas cargas hidráulicas y orgánicas que produjeran
una remoción del 80 - 90%, de la DBO5 del afluente” lo que nos indica
variaciones mínimas en cuanto a carga hidráulica y orgánica en el proceso.
Esta situación cambió posteriormente (mayor variación en las cargas
hidráulicas y orgánicas), por lo que surgió la necesidad de realizar una
mejor clasificación, resultando de esta los filtros de tasa baja o
convencional, filtros de tasa intermedia, filtros de tasa alta y filtros de tasa
super alta.
c) Filtros percoladores convencionales o de tasa baja
Este tipo de unidades se diseña para recibir cargas orgánicas que varían
entre 0.08 y 0.4 kg de DBO5 /(día∙m3)
de volumen del filtro. La carga
hidráulica puede fluctuar entre 1.0 y 3.7 m3/(día∙m2) de superficie del filtro.
En general este tipo de filtro no utiliza recirculación para mantener una
carga hidráulica constante. La dosificación de las aguas residuales se hace
de manera un poco intermitente y puede presentar problemas de operación
47
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
durante las horas de la noche cuando el caudal es muy bajo. Si el periodo
entre las dosificaciones es muy largo se pueden presentar problemas de
secamiento de la bio-película, con lo cual se deteriora bastante la eficiencia
del filtro, por lo que se recomienda que estos periodos secos no sean
mayores de 1 - 2 horas. El rango de eficiencia en la remoción de DBO 5 de
este tipo de filtro se encuentra entre el 80 y 90%.
Este tipo de filtros se construye normalmente con piedras de canto rodado
de 5 y 10 cm de diámetro con profundidades que oscilan entre 1.8 y 2.4
metros
En la mayoría de las unidades que cumplen tales características sólo la
porción superior del lecho (los primeros 0.8 - 1.5 m) tiene un recubrimiento
biológico considerable. Por lo que la parte inferior del filtro puede estar
poblado por organismos autótrofos nitrificadores que convierten el
amoniaco a nitratos, lográndose así un buen grado de nitrificación en el
sistema.
d) Filtros de tasa intermedia
Las cargas hidráulicas y orgánicas que se aplican a los filtros
convencionales
pueden
aumentarse
un
poco
experimentando
una
reducción significativa de la eficiencia en el proceso de remoción de materia
orgánica, encontrándose esta entre el 50 y 70%.
En este tipo de unidades, la nitrificación se presenta de manera parcial y en
ocasiones se suele inundar el lecho por el excesivo crecimiento biológico el
cual obstruye el flujo de agua residual. Esta situación puede remediarse
utilizando un medio filtrante de mayor diámetro. Las profundidades del
reactor oscilan entre los 1.8 y 2.4 metros.
Las cargas orgánicas que se aplican al filtro pueden variar entre 0.24 y
0.48 kg de DBO5/(día∙m3), y las cargas hidráulicas entre 3.7 y 9.4
m3/(día∙m2), considerando la recirculación, la cual se usa frecuentemente en
este tipo de filtros, pero cuya tasa máxima es de 1.5.
48
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
e) Filtros de tasa alta
En este tipo de filtros se incrementan considerablemente las cargas
orgánica e hidráulica que se aplican al lecho con lo cual su eficiencia en la
remoción de materia orgánica es más baja comparada a los filtros de tasa
baja, encontrándose esta entre el 65 y 85%.
Se llega a presentar poca nitrificación en el proceso.
Se las suele utilizar como unidades de primera etapa antes de otros
procesos biológicos o antes de filtros percoladores de segunda etapa. Las
profundidades del lecho son por lo general menores (0.9– 1.8 m), y siempre
se utiliza la recirculación para garantizar una carga hidráulica constante,
cuya tasa está entre 1 y 2.
Las cargas orgánicas varían entre 0.32 y 1.0 kg DBO5/(día∙m3) de lecho y
las cargas hidráulicas entre 9.4 y 7.0 m3/(día∙m2).
f) Filtros de tasa súper alta
Con la aparición en el mercado de material filtrante plástico con una alta
superficie de contacto, se comenzó a investigar la posibilidad de
incrementar considerablemente las cargas hidráulica y orgánica que se le
podían imponer a los filtros biológicos. Además las características físicas
del medio filtrante permitían variar las condiciones estructurales de diseño,
haciendo posible aumentar la profundidad de los lechos. Como resultado,
se tienen en operación unidades a las cuales se les puede aplicar unas
cargas orgánicas que varían entre 0.8 y 6.0 kg de DBO5/(día∙m3), con
cargas hidráulicas entre 14.0 y 84.0 m3/(día∙m2)
A pesar de presentar mayores cargas orgánicas e hidráulicas, la eficiencia
del proceso es equivalente al de los filtros de tasa alta, encontrándose esta
entre el 65 y 80%.
Además, se llega a presentar poca nitrificación en estas unidades. Este
tipo de filtro percolador se puede utilizar para el tratamiento de aguas
residuales con altos valores de DBO5 y como unidades de tratamiento
preliminar antes de otros procesos biológicos. Pueden diseñarse para
profundidades entre 3.0 y 12.0 metros.
49
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
La tasa de recirculación de este tipo de filtros no varía respecto a los de
tasa alta manteniéndose en un rango de 1 a 2.
2.2.5 Sistemas biológicos de contacto rotatorio
El reactor Biológico Rotativo de Contacto (del inglés RBC, Rotating Biological
Contactor); también mal llamado “Contactor Biológico Rotativo” (CBR), es un
sistema de tratamiento de depuración de aguas que consistente en baterías de
discos de diversos materiales colocados en paralelo que se van sumergiendo
secuencial y parcialmente (un 40 %) en un depósito por donde circula el agua a
tratar. Sobre dicho soporte se adhiere y desarrolla una biomasa activa procedente
del agua residual, y la cual realiza el efecto depurador del sistema. A estos
sistemas se les conoce habitualmente por Biodiscos.
Los biodiscos giran a baja velocidad (menor de 5 rpm), alrededor de un eje
perpendicular a todos ellos. A estos sistemas se les consideran un sistema de
biomasa fija, pues los microorganismos responsables de la depuración trabajan
(mayoritariamente) adheridos a los discos que están fabricados en diversos
materiales plásticos que los hacen fuertes y ligeros.
Biodiscos y cilindros
Dentro de los CBR cabe distinguir entre Biodiscos y Biocilindros. En los Biodiscos
el soporte para la fijación bacteriana está constituido por un conjunto de discos de
material plástico de 2 a 4 m de diámetro. Los discos se mantienen paralelos y a
corta distancia entre ellos gracias a un eje central que pasa a través de sus
centros. Los Biocilindros constituyen una modificación del sistema de Biodiscos,
en ellos el sistema es una jaula cilíndrica perforada que alberga en su interior un
material soporte de plástico al que se fija la biomasa bacteriana
50
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Cuando los biodiscos se sumergen en agua a depurar y se ponen en
funcionamiento, la biomasa formada por los microorganismos y otros sistemas
biológicos se va fijando a la superficie del soporte (lo hace en más de un 95 %) y
se va exponiendo al aire a medida que el disco va girando, después se sumergen
en agua de nuevo para tomar contacto con la materia orgánica. Se suceden
nuevos periodos de exposición al aire (oxigenación), e inmersión en el agua
(alimentación). Así se va formando la biopelícula a expensas de la materia
orgánica del agua a tratar. La concentración de esta película puede llegar a los
30.000 mg/l. Esta alta concentración es la encargada de la alta eficacia de
depuración en tiempos hidráulicos del sistema cortos.
Impacto ambiental
El consumo de energía es bajo; si el conjunto está equilibrado, es el indispensable
para hacerlo girar lentamente. Dependiendo del modelo y del fabricante puede
estimarse en menos de 2,5 w/h, otros autores dan la cifra de 0,4 hp x h/kg DBO
eliminada. La baja energía suministrada se traduce en un nivel sonoro bajo. El
impacto ambiental es bajo
Proceso completo
El proceso completo consta de un decantador primario, un tratamiento biológico
aerobio (los biodiscos o biocilindros), y un decantador secundario. El decantador
primario es un elemento que actúa para eliminar la contaminación formada por la
fracción sedimentable y los flotantes, a un bajo coste energético. El tratamiento
debe ir precedido de un buen sistema de desbaste, desarenado y desengrasado.
2.2.6 Humedales artificiales
Los humedales son medios semiterrestres con un elevado grado de humedad y
una profusa vegetación que reúnen ciertas características biológicas, físicas y
51
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
químicas que les confieren un elevado potencial autodepurador. Los humedales
naturales pueden alcanzar gran complejidad, con un mosaico de lámina de agua,
vegetación sumergida, vegetación flotante, vegetación emergente y zonas con
nivel freático más o menos cercano a la superficie. los humedales ocupan el
espacio que hay entre los medios húmedos y los medios generalmente secos y
que poseen características de ambos por lo que no pueden ser clasificados
categóricamente como acuáticos ni terrestres. Lo característico de un humedal es
la presencia de agua durante períodos bastante prolongados como para alterar
los suelos, sus microorganismos y las comunidades de flora y fauna hasta el punto
de que el suelo no actúa como en los hábitat acuáticos o terrestres. Las
profundidades típicas de estas extensiones de tierras son menores a 0,60 m
donde crecen plantas emergentes como juncos, typha «totora», duck weed
«lenteja de agua» que contribuye a la reducción de contaminantes a través de
procesos aerobios de degradación.
Un humedal artificial es un sistema de tratamiento de agua residual (estanque o
cauce) poco profundo, construido por el hombre, en el que se han sembrado
plantas acuáticas y que se han contado con los procesos naturales para tratar el
agua residual. Los wetlands construidos tienen ventajas respecto de los sistemas
de tratamiento alternativos debido a que requieren poca o ninguna energía para
operar. Si hay suficiente tierra barata disponible cerca de la instalación de los
wetlands de cultivo acuático, puede ser una alternativa de costo efectivo. Los
wetlands proporcionan el hábitat para la vida silvestre y son estéticamente,
agradables a la vista.
2.2.6.1 Funciones de los humedales artificiales
Las actividades humanas han dado y siguen dando origen a varios tipos de
humedales de interés para algunas especies vegetales y animales. Las graveras y
otro tipo de excavaciones abandonadas, restauradas o poco alteradas, albergan
distintos tipos de hábitats.
52
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Proceso de remoción físico
Los wetlands son capaces de proporcionar una alta eficiencia física en la remoción
de contaminantes asociado con material particulado. El agua superficial se mueve
muy lentamente a través de los wetlands debido al flujo laminar característico y la
resistencia proporcionada por las raíces y las plantas flotantes. La sedimentación
de los sólidos suspendidos se promueve por la baja velocidad de flujo y por el
hecho de que el flujo es con frecuencia laminar en los wetlands. Las esteras de
plantas en los wetlands pueden servir como trampas de sedimentos pero su rol
primario es la remoción de sólidos suspendidos para limitar la resuspensión de
material particulado. La eficiencia de remoción de sólidos suspendidos es
proporcional a la velocidad de particulado fijo y la longitud del wetland. Para
propósitos prácticos, la sedimentación es usualmente considerada como un
proceso irreversible, resultando en acumulación de sólidos y contaminantes
asociados sobre la superficie del suelo del wetland. Sin embargo, la resuspensión
de sedimento puede resultar en la exportación de sólidos suspendidos y reducir
algo más bajo la eficiencia de remoción. Algo de resuspensión podría ocurrir
durante periodos de velocidad de flujo alta en el wetland. Más comúnmente la
resuspensión es el resultado de la turbulencia de la dirección del viento,
bioturbación (perturbación por animales y humanos) y desprendimiento de gas. El
desprendimiento de gas resulta a partir de gases como el oxígeno, a través de la
fotosíntesis del agua, metano y dióxido de carbono, producido por los
microorganismos en el sedimento durante la descomposición de la materia
orgánica.
Proceso de remoción biológico
La remoción biológica es quizá el camino más importante para la remoción de
contaminantes en los wetlands. Extensamente reconocido para la remoción de
contaminantes en los wetlands es la captación de la planta. Los contaminantes
que son también formas de nutrientes esenciales para las plantas, tales como
nitrato, amonio y fosfato, son tomados fácilmente por las plantas del wetland. Sin
53
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
embargo, muchas especies de plantas del wetland son capaces de captar e
incluso, acumular significativamente metales tóxicos, como cadmio y plomo. La
velocidad de remoción de contaminante por las plantas varía extensamente,
dependiendo de la velocidad de crecimiento de la planta y de la concentración del
contaminante en tejido de planta. Las plantas leñosas es decir, árboles y arbustos,
proporcionan un almacenamiento a largo plazo de contaminantes, comparado con
las plantas herbáceas. Sin embargo, la velocidad de captación de la contaminante
unidad de área de tierra es a menudo, mucho más alta para las plantas
herbáceas, o los macrophytes, tales como cattail. Las algas pueden también
proporcionar una cantidad significativa de nutrientes captados, pero son más
susceptibles a los efectos tóxicos de metales pesados. El almacenaje de alimentos
en algas es relativamente a corto plazo, debido al rápido ciclo de rotación (corto
ciclo de vida) de algas. Las bacterias y otros microorganismos en el suelo también
proveen, captan y almacenan nutrientes a corto plazo y algunos otros
contaminantes.
En los wetlands, el material de la planta muerta, conocido como detritus o basura,
se acumula en la superficie del suelo. Algunos de los nutrientes, metales u otros
elementos eliminados previamente del agua por captación de la planta son
pérdidas del detritus de la planta por la lixiviación y descomposición y reciclados
nuevamente dentro del agua y del suelo. La lixiviación de contaminantes solubles
en agua puede ocurrir rápidamente con la muerte de la planta o del tejido de
planta, mientras que una pérdida más gradual de contaminantes ocurre durante la
descomposición del detritus por las bacterias y otros organismos.
En la mayoría de los wetlands hay una acumulación significativa del detritus de la
planta porque la velocidad de descomposición disminuye substancialmente bajo
condiciones anaerobias que prevalecen generalmente: en suelo del wetland. Si,
sobre un período extenso de tiempo, la velocidad de descomposición de la materia
orgánica es más baja que la velocidad de deposición de la materia orgánica en el
suelo, la formación de turba ocurre en el wetland. De esta manera, algunos de los
54
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
contaminantes captados originalmente por las plantas se pueden atrapar y
almacenar como turba. La turba se puede acumular a grandes profundidades en
los wetlands, y puede proporcionar el almacenamiento de larga duración para los
contaminantes. Sin embargo, la turba es también susceptible a la descomposición
si el wetland se drena. Cuando sucede eso, los contaminantes incorporados en la
turba se pueden liberar y/o reciclar o limpiar con un chorro de agua del wetland.
Aunque los microorganismos pueden proporcionar una cantidad medible de
contaminante captado y almacenado en sus procesos metabólicos, que
desempeñan el papel más significativo en la remoción de compuestos orgánicos.
Los descompuestos microbianos, sobre todo bacterias del suelo, utilizan el
carbono (C) de la materia orgánica como fuente de energía, convirtiéndola a gases
de bióxido de carbono (CO2) o metano (CH4).
Esto proporciona un mecanismo biológico importante para la remoción de una
amplia variedad de compuestos orgánicos, incluyendo los encontrados en aguas
residuales municipales, aguas residuales de procesamiento de alimentos,
plaguicidas y productos de petróleo. La eficiencia y la velocidad de degradación
orgánica de C por los microorganismos es altamente variable para los diversos
tipos de compuestos orgánicos. El metabolismo microbiano también produce la
remoción de nitrógeno inorgánico, es decir, nitrato y amonio, en los wetlands.
Bacterias especializadas (pseudomonas sp.) transforman metabólicamente el
nitrato en gas nitrógeno (N2), un proceso conocido como desnitrificación. El N2 se
pierde posteriormente a la atmósfera.
Proceso de remoción químico
El proceso químico más importante de la remoción de suelos del wetland es la
absorción que da lugar a la retención a corto plazo o a la inmovilización a largo
plazo de varias clases de contaminantes. La absorción es un término ampliamente
definido para la transferencia de los iones (moléculas con cargas positivas o
negativas) a partir de la fase de la solución (agua) a la fase sólida (suelo). La
55
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
absorción describe realmente un grupo de procesos, que incluye reacciones de
adsorción y de precipitación. La adsorción se refiere a la unión de iones a las
partículas del suelo por intercambio catiónico o absorción química. El intercambio
catiónico implica la unión física de los cationes (iones positivamente cargados) a
las superficies de las partículas de la arcilla y de la materia orgánica en el suelo.
Esto es una unión mucho más débil que la unión química, por lo tanto, los cationes
no se inmovilizan permanentemente en el suelo. Muchos componentes de las
aguas residuales y de escurrimiento existen como cationes, incluyendo el amonio
(NH4 +) y la mayoría de trazas de metales, tales como cobre (Cu+2)
La capacidad de los suelos para la retención de cationes, expresada como
capacidad de intercambio catiónico (CIC), aumenta generalmente con el aumento
de contenido de la arcilla y de la materia orgánica. La absorción química
representa una forma más fuerte y más permanente de vinculación que el
intercambio catiónico. Un número de metales y de compuestos orgánicos se
puede inmovilizar en el suelo vía la absorción química de las arcillas, y los óxidos
de hierro (Fe) y aluminio (Al), y materia orgánica. El fosfato también puede unirse
con la arcilla y los óxidos de Fe y Al a través de la absorción química. El fosfato
puede también precipitarse con los óxidos de hierro y aluminio para formar un
nuevo mineral compuesto (fosfatos de Fe y Al), que son potencialmente muy
estables en el suelo, produciendo el almacenamiento de fósforo a largo plazo. Otra
reacción importante de precipitación que ocurre en los suelos del wetland es la
formación de sulfuros de metales. Tales compuestos son altamente insolubles y
representan los medios eficaces para inmovilizar muchos metales tóxicos en
wetlands. La volatilización que implica la difusión de un compuesto disuelto desde
el agua en la atmósfera es otro mecanismo potencial de la remoción del
contaminante en los wetlands. La volatilización del amoníaco (NH3) puede dar
lugar a la remoción significativa de nitrógeno, si el pH del agua es alto (mayor que
8,5). Sin embargo, a pH más bajo cerca de 8,5, el nitrógeno del amoniaco existe
casi exclusivamente en forma ionizada (amonio, NH4 +), que no es volátil. Muchos
tipos de compuestos orgánicos son volátiles y se pierden fácilmente a la atmósfera
desde los wetlands y de otras aguas superficiales. Aunque la volatilización puede
56
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
remover con eficacia ciertos contaminantes del agua, además de ser indeseable
en algunos casos debido al potencial para contaminar el aire con los mismos
contaminantes.
2.2.6.2 Tipos de humedales artificiales
Sistema de agua superficial libre (SASL)
Estos sistemas consisten típicamente de estanques o canales con alguna clase de
barrera subterránea para prevenir la filtración, suelo u otro medio conveniente a fin
de soportar la vegetación emergente y agua, en una profundidad relativamente
baja (0,1 a 0,6 m) que atraviesa la unidad. La profundidad baja del agua, la
velocidad baja del flujo y la presencia de tallos de planta y basura regulan el flujo
del agua. Se aplica agua residual pretratada a estos sistemas y el tratamiento
ocurre cuando el flujo de agua atraviesa lentamente el tallo y la raíz de la
vegetación emergente
Sistemas de flujo bajo la superficie (SFBS)
Estos sistemas son similares a los filtros horizontales por goteo en las plantas de
tratamiento convencionales. Se caracterizan por el crecimiento de plantas
emergentes usando el suelo, grava o piedras como sustrato de crecimiento en el
lecho del canal. Dentro del lecho los microbios facultativos atacan al medio y las
raíces de las plantas, contactando de este modo el agua residual que fluye
horizontalmente a través del lecho; mientras que el sobrante baja a la superficie
del medio. Estos sistemas de flujo bajo superficie son diseñados con el propósito
de obtener niveles de tratamiento secundarios, llamados «la zona de raíces» o
«filtros de piedras de junco y caña» desarrollado en Alemania Oriental.
57
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
2.2.6.3 Plantas acuáticas en el tratamiento de aguas residuales
Los sistemas de plantas acuáticos están en los estanques poco profundos como
plantas acuáticas flotantes o sumergidas. Los sistemas más completamente
estudiados son aquellos que usan el hacinto de agua o lenteja de agua. Estos
sistemas incluyen dos tipos de plantas dominantes. El primer tipo usa plantas
flotantes y se distingue por la habilidad de estas plantas para derivar el dióxido
carbono y las necesidades de oxígenos de la atmósfera directamente. Las plantas
reciben sus nutrientes minerales desde el agua.
El segundo tipo de sistema consiste en plantas sumergidas que se distingue por la
habilidad de estas plantas para absorber oxígeno, dióxido de carbono, y minerales
de la columna de agua. Las plantas sumergidas se inhiben fácilmente por la
turbiedad alta en el agua porque sus partes fotosintéticas están debajo del agua.
Tabla 2.4 Funciones de las plantas en sistemas de tratamiento acuático.
Parte
Funciones
Raíces y/o tallos en la columna de Superficie sobre la cual la bacteria
agua.
crece.
Medio de filtración y adsorción de
sólidos.
Tallos y/o hojas sobre la superficie del Atenúan la luz del sol y así previenen el
agua.
crecimiento de algas.
Reducen, los efectos del viento. Es
decir, transferencia de gases entre la
atmosfera y el agua.
Importante en la transferencia de gases
para y desde las partes sumergidas de
la planta.
Fuente : Ron Crites, George Tchobanoglous, 2000, Tratamiento de aguas residuales en pequeñas
poblaciones.
58
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
2.2.7 Lagunas de estabilización
La tecnología de lagunas de estabilización es uno de los métodos naturales más
importantes para el tratamiento de aguas residuales. Las lagunas de estabilización
son fundamentalmente reservorios artificiales que comprenden una o varias series
de lagunas anaerobias, facultativas y de maduración. El tratamiento primario se
lleva a cabo en la laguna anaerobia, la cual se diseña principalmente para la
remoción de materia orgánica suspendida (SST) y parte de la fracción soluble de
materia orgánica (DBO5). La etapa secundaria en la laguna facultativa remueve la
mayoría de la fracción remanente de la DBO5 soluble por medio de la actividad
coordinada de algas y bacterias heterotróficas. El principal objetivo de la etapa
terciaria en lagunas de maduración es la remoción de patógenos y nutrientes
(principalmente Nitrógeno). Las lagunas de estabilización constituyen la tecnología
de tratamiento de aguas residuales más costo-efectiva para la remoción de
microorganismos patógenos por medio de mecanismos de desinfección natural.
Las lagunas de estabilización son particularmente adecuadas para países
tropicales y subtropicales dado que la intensidad del brillo solar y la temperatura
ambiente son factores clave para la eficiencia de los procesos de degradación
2.2.7.1 Lagunas anaerobias
Estas son las unidades más pequeñas de la serie. Por lo general tienen una
profundidad de 2-5 m y reciben cargas orgánicas volumétricas mayores a 100 g
DBO5/m3 d. Estas altas cargas orgánicas producen condiciones anaerobias
estrictas (oxigeno disuelto ausente) en todo el volumen de la laguna. En términos
generales, las lagunas anaerobias funcionan como tanques sépticos abiertos y
trabajan extremadamente bien en climas calientes. Una laguna anaerobia bien
diseñada puede alcanzar remociones de DBO5 alrededor del 60% a temperaturas
de 20 °C. Un tiempo de retención hidráulico (TRH) de 1 día es suficiente para
aguas residuales con una DBO5 de hasta 300 mg/l y temperaturas superiores a 20
°C. Los diseñadores siempre han mostrado preocupación por las posibles
59
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
molestias generadas por los olores. Sin embargo, los problemas de olor pueden
minimizarse con un diseño adecuado de las unidades, siempre y cuando la
concentración de SO4- en el agua residual sea menor a 500 mg/L. La remoción de
materia orgánica en laguna anaerobia es gobernada por los mismos mecanismos
que ocurren en cualquier reactor anaerobio. En la figura 2.5 se muestra una
laguna aerobia.
Figura 2.5 Laguna anaerobia
Fuente: http://www.bio-tec.net/archivos/eecopalsa4.jpg
2.2.7.2 Lagunas facultativas
Estas lagunas pueden ser de dos tipos: laguna facultativas primarias que reciben
aguas residuales crudas y laguna facultativas secundarias que reciben aguas
sedimentadas de la etapa primaria (usualmente el efluente de una laguna
anaerobia). Las lagunas facultativas son diseñadas para remoción de DBO5 con
base en una baja carga orgánica superficial que permita el desarrollo de una
población algal activa. De esta forma, las algas generan el oxígeno requerido por
las bacterias heterotróficas para remover la DBO5 soluble. Una población
saludable de algas le confiere un color verde oscuro a la columna de agua. Las
lagunas facultativas pueden tornarse ocasionalmente rojas o rosadas debido a la
60
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
presencia de bacterias fotosintéticas púrpuras oxidantes del sulfuro. Este cambio
en la ecología de las lagunas facultativas ocurre debido a ligeras sobrecargas. De
esta forma, el cambio de coloración en lagunas facultativas es un buen indicador
cualitativo del funcionamiento del proceso de degradación. La concentración de
algas en una laguna facultativa con funcionamiento óptimo depende de la carga
orgánica y de la temperatura pero frecuentemente se encuentra entre 500 a 2000
μg clorofila-a/l. La actividad fotosintética de las algas ocasiona una variación
diurna de la concentración de oxígeno disuelto y los valores de pH. Variables
como la velocidad del viento tienen efectos importantes en el comportamiento de
la laguna facultativa ya que se genera mezcla del contenido de la laguna. Un
buen grado de mezcla produce una distribución uniforme de DBO 5, oxígeno
disuelto, bacterias y algas y en consecuencia una mejor estabilización del agua
residual.
Figura 2.6 Laguna facultativa
Fuente: http://tierra.rediris.es/hidrored/sensibilizacion/datos/agua/control/img/control4.jpg
61
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
2.2.7.3 Lagunas de maduración
Estas lagunas reciben el efluente de lagunas facultativas y su tamaño y número
depende de la calidad bacteriológica requerida en el efluente final. Las lagunas de
maduración son unidades poco profundas (1.0-1.5 m) y presentan menos
estratificación vertical al tiempo que exhiben una buena oxigenación a través del
día en todo su volumen. La población de algas es mucho más diversa en las
lagunas de maduración comparada con las lagunas facultativas. Por lo tanto, la
diversidad algal incrementa de laguna en laguna a lo largo de la serie. Los
principales mecanismos de remoción de patógenos y de coliformes fecales en
particular son gobernados por la actividad algal en sinergia con la foto-oxidación.
Por otro lado, las lagunas de maduración sólo alcanzan una pequeña remoción de
DBO5 pero su contribución a la remoción de nitrógeno y fósforo es más
significativa. Se reportan una remoción de nitrógeno total del 80% en todo el
sistema de lagunas (laguna anaerobia+ laguna facultativa+ lagunas de
maduración) y de esta cifra el 95% corresponde a la remoción de amonio.
estableciendo que la mayoría del nitrógeno amoniacal se remueve en las lagunas
de maduración. Entre tanto, la remoción total de fósforo en los sistemas de
lagunas es baja, usualmente más del de 50%. En la figura 2.7 se muestra una
laguna de maduración.
Figura 2.7 Laguna de maduración
Fuente: http://cucuchucho.sdsu.edu/cucuchucho08small.jpg
62
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
2.2.7.4 Aspectos de operación y mantenimiento
Arranque del sistema
Una vez terminada la construcción del sistema debe revisarse que no haya
vegetación alguna creciendo dentro de las diferentes unidades. Esto es importante
en el caso de las lagunas de estabilización sin impermeabilización. Las lagunas
facultativas deben llenarse primero que la laguna anaerobia con el fin de evitar
proliferación de olores cuando el efluente anaeróbico descarga en una laguna
facultativa vacía. Las lagunas anaerobias deben llenarse con agua residual cruda
y de ser posible, inocularse con biosolidos provenientes de otro reactor
anaeróbico. Posteriormente, las lagunas anaerobias deben comenzar a cargarse
gradualmente hasta alcanzar la carga de diseño. Este período de incremento de la
carga puede durar entre una (1) a cuatro (4) semanas, dependiendo de la calidad
del inóculo utilizado o si la unidad se arrancó sin inoculación previa. Es importante
medir el pH dentro de la laguna anaerobia y mantenerlo alrededor de 7.0 para
permitir el desarrollo de las poblaciones de archaeas metanogénicas. En este
sentido, podría ser necesario añadir cal durante el primer mes de operación para
evitar la acidificación del reactor.
Las lagunas facultativas y lagunas de maduración deben llenarse inicialmente con
agua fresca procedente de un río, lago o pozo para permitir el desarrollo gradual
de las poblaciones de algas y bacterias heterotróficas. En caso de no disponer de
agua fresca, las lagunas facultativas deben llenarse con agua residual cruda y
dejarse en batch por unas tres (3) o cuatro (4) semanas para permitir el desarrollo
de las poblaciones microbiales antes mencionadas. Durante la aplicación de este
último método es inevitable una pequeña liberación de olor en la laguna
facultativa.
63
TECNOLOGÍAS EXISTENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
2.2.7.5 Mantenimiento de rutina
Una vez que las lagunas de estabilización han iniciado su operación,es necesario
llevar a cabo actividades de mantenimiento rutinario que aunque mínimas, son
indispensables para su buena operación. Las tareas rutinarias de mantenimiento
son:

Remoción de sólidos gruesos y arenas retenidos en las unidades de
tratamiento preliminar.

Corte, poda y retiro de pasto y vegetación que crezca sobre los
terraplenes. Esto se hace para evitar que la vegetación caiga en la
laguna y genere micro-ambientes propicios para la proliferación de
mosquitos. Se recomienda, por lo tanto, el uso de vegetación o pastos
de crecimiento lento para minimizar la frecuencia de esta actividad.

Remoción de material flotante y plantas macrófitas flotantes (e.g. Lemna
spp.) de las laguna facultativas y las lagunas de maduración. Esto se
hace para maximizar la tasa de fotosíntesis, la re-aeración superficial y
prevenir la proliferación de moscas y mosquitos.

Esparcir la capa de material flotante en la superficie de la laguna
anaerobia (la cual no se debe remover ya que ayuda al tratamiento). En
caso que se detecte crecimiento de moscas; este material se debe
rociar con agua del acueducto.

Remoción de cualquier material sólido acumulado en las estructuras de
entrada y salida de las lagunas.

Reparación de cualquier daño causado a los terraplenes por roedores u
otros animales.

Reparación de cualquier daño en las obras de encerramiento y puertas
o sitios de acceso al sistema.
64
SELECCIÓN DE LA MEJOR TECNOLOGÍA
CAPITULO III
SELECCIÓN DE LA MEJOR TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES
Ninguna de las tecnologías antes mencionadas es mejor que otras. Cada una
tiene sus ventajas y desventajas en relación a costos de construcción, costos de
operación, uso de energía, tamaño, facilidad de operación, estabilidad,
confiabilidad, etc. Cada una se adapta mejor a ciertas condiciones específicas. En
la tabla 2.5 se muestra el comparativo de los tratamientos empleados para el
tratamiento de las aguas servidas.
Tabla 2.5 Ventajas y desventajas de los tratamientos para las aguas servidas.
Tratamiento
Ventajas
Desventajas
Características Eficiencia
del efluente
Primario
Remoción de Bajos
≤0.05 m3/s
sólidos
manual
costos Aumento
en
el
de instalación.
consumo de energía
de eléctrica por parte
El
de
los
equipos
mantenimiento involucrados.
es mínimo y
fácil.
Aumento
en
los
costos operacionales
Capacidad de debido al manejo y
filtración
control del sistema.
máxima.
Contratación
de
Menos basura personal calificado
pasa a través para
la
correcta
de la reja.
operación
del
sistema.
85
3
≥ 0.05 m /s
mecánica
65
SELECCIÓN DE LA MEJOR TECNOLOGÍA
Continúa tabla 2.5
Tratamiento
Ventajas
Desventajas
Características
Eficienci
del efluente
a
difícil
Remoción de No necesita un Es
diseño complejo mantener
la
arena
3
que dificulte su velocidad
del 0.48 m /s
construcción.
flujo óptima.
Con un control
adecuado
del
flujo,
no
se
necesita hacer
una clasificación
posterior de los
residuos.
Sedimentación
100
Si
no
se
controla el flujo,
el
tanque
remueve
grandes
cantidades de
materia
orgánica,
requiriendo
lavar
los
residuos
y
clasificarlos.
Se adaptan a Normalmente
variedad
de hay una gran
diseños
cantidad
de
pérdida
de
carga. Entonces,
Operación
se requiere un
altamente
diseño
muy
confiable
cuidadoso
del
perfil
hidráulico.
Mejor
calidad
del agua tratada
Carga Hidráulica
menor o igual a 70
60-90
m3/m2/h
Velocidad
Horizontal 0,3 m/s
Tiempo
de
Retención 1-2 min
a Carga máxima
Mejor
costo- Mala retención
de
partículas
beneficio
pequeñas
Mejor
costoBaja
carga
beneficio
hidráulica
66
SELECCIÓN DE LA MEJOR TECNOLOGÍA
Continúa tabla 2.5
Tratamiento
Ventajas
Desventajas
Características
Eficiencia
del efluente
Secundario
Filtros aireados Efluente
biológicos
parcialmente
Nitrificado.
Altos costos por
obra civil,
≤48m3/día*m2
energía
eléctrica,
Efluente
para equipamiento,
reuso agrícola
mantto. y
operación.
Mayor
escolaridad de
operadores
producción de
lodos
Inestables
80 -95
Sólidos en
suspensión
y
microorgani
smos 95 99
La filtración por Las membranas Elevado coste de Las
altas
Reactores
retienen
los implantación
y concentraci
biológicos de membrana
garantiza
una sólidos
en explotación.
ones
de
la membrana
Sedimentación
calidad de agua
tratada
independientem
ente
de
la
decantabilidad
del fango.
suspensión
y
sustancias
coloidales,
lo
que permite su
reutilización
para
diversos
usos.
Se adaptan a
variedad
de
diseños.
Operación
altamente
confiable.
Mejor
calidad
del
agua
tratada.
Mejor
costobeneficio.
Normalmente
hay una gran
cantidad
de
pérdida
de
carga.
Se requiere un
diseño
muy
cuidadoso en el
perfil hidráulico.
Mala retención
de
partículas
pequeñas.
Baja
carga
Hidráulica.
fango
pueden
influir
de
forma
negativa en
el
rendimiento
de
la
membrana
Carga hidráulica 60-90
menor o igual a
70 m3/m2/h.
Velocidad
Horizontal
0,3
m/s.
Tiempo
de
retención 1-2 min
a carga máxima.
67
SELECCIÓN DE LA MEJOR TECNOLOGÍA
Continúa tabla 2.5
Tratamiento
Ventajas
Desventajas
Características Eficiencia
del efluente
Sedimentación Bajos costo de Altos
secundaria
obra civil y
energía
eléctrica
Operación
poco compleja
costos
por consumo 2 m3/día
de
reactivos
químico y
equipamiento.
80 -95
sólidos
en
suspensión y
microorganismos
95- 99
Altos costos
por empaque,
obra
civil,
energía
eléctrica,
equipamiento,
mantto. y
operación.
Tratamiento
terciario
Filtración
El filtro lento
sin controlador
de
velocidad
y
con controles
de
nivel
mediante
vertederos es
muy sencillo y
confiable de
operar
No
hay
cambios
organolépticos
en la calidad
del agua
No debe
operar
con 0,1 m3/m2 hora aguas
con 0,3 m3/m2 hora
turbiedad
mayor de 20 ó
30 UNT.
70
La eficiencia
de
esta
unidad
se
reduce con la
temperatura
baja.
La presencia
de biocidas o
plaguicidas en
el
afluente
pueden
modificar
o
destruir el
proceso
microbiol.
68
SELECCIÓN DE LA MEJOR TECNOLOGÍA
Continúa tabla 2.5
Tratamiento
Ventajas
Desventajas
Características Eficiencia
del efluente
Lagunaje
Explotación y Gran extensión 15-80
Kg
mantenimiento. de
DBO5/hab. Día
70
terreno.
Necesidades
energéticas
Eliminación de
Tiempo de
bajas.
lodos.
retención de 6-30
No
requieren Problemas de
días
personal
olores.
calificado.
Aparición
de
insectos.
Problemas de
eutrofización.
Tierras
húmedas
construidas
Minimización
del uso de
recursos
naturales finitos
Elevado
consumo
de
6 g DBO/m2×día
energía y la
generación de
grandes
Vertido cero de cantidades de
sustancias no lodo
biodegradables
al
medio Destruir tanto
natural
la
materia
orgánica
Reutilización y (energía) como
los elementos
reciclaje
nutrientes que
elimina.
Altos
costos 2.4 gDQO/m2·d
nitrificado.
por obra civil,
equipamiento,
Producción de energía
efluentes para eléctrica,
mantto.
y
uso público.
operación.
80 -95
sólidos
en
suspensión y
microorganismos
95- 99
Remoción de Efluente
nutrientes
85
Mayor
escolaridad de
Operadores
69
SELECCIÓN DE LA MEJOR TECNOLOGÍA
Continúa tabla 2.5
Tratamiento Ventajas
Desventajas
Características Eficiencia
del efluente
Desinfección
La cloración es
una tecnología
bien
establecida.
En
la
actualidad
la
cloración
es
más eficiente
en términos de
costo que la
radiación UV o
la desinfección
con ozono
El cloro residual,
aún a bajas
concentraciones,
es tóxico a los
organismos
acuáticos y por
ello
puede
requerirse
la
descloración.
95
Todas
las
formas de cloro
son
muy
corrosivas
y
tóxicas.
De la tabla 2.5 se puede elegir para el tratamiento primario los tres procesos
debido a la gran importancia para reducir aceites, grasas, arenas y sólidos
gruesos para evitar posibles inconvenientes en equipos a utilizar en los
tratamientos siguientes.
Para el tratamiento secundario el elegido es fangos activos por ser un proceso
considerado como de autodepuración acelerada, reforzada y controlada
artificialmente. Los fenómenos que se presentan son exactamente los mismos que
en los ríos o lagos naturales, y su aprovechamiento en todo el residuo generado.
Por último para el tratamiento terciario la mejor forma de desinfección es la
cloración. Debido a que el uso del cloro en las redes de agua ha salvado
posiblemente millones de vida a lo largo de los años, es considerado uno de los
mejores métodos para la desinfección del agua así como el más económico y de
fácil aplicación. Cabe señalar que para tipo de agua se debe seleccionar el
método adecuado dependiendo de su composición orgánica como inorgánica, ya
que esto dependerá de la eficiencia del método y de las características del agua al
final del proceso y la utilización posterior.
70
CONCLUSIÓN
CONCLUSION
La creciente importancia que tiene la conservación de los recursos naturales ha
despertado en el hombre, la búsqueda de métodos para cuidarlos y recuperarlos,
para que puedan ser aprovechados por los seres vivos; de aquí que uno de los
recursos de vital importancia para el hombre, como lo es el agua, sea objeto de
estudio para este trabajo en el tratamiento de aguas residuales.
Se lograron dar las tecnologías existentes para el tratamiento de las aguas
servidas, así como las alternativas que se tienen dependiendo el tipo de
contaminante, considerando los requerimientos para cada una de ellas.
La mejor forma de seleccionar el método de tratamiento de aguas servidas
dependerá de la serie de factores característicos, tales como: el caudal, la
composición, las concentraciones, la calidad requerida o esperada del afluente, las
posibilidades de restauración de la misma, las posibilidades de vertido a efluentes.
Llegando a la elección del mejor tratamiento biológico para aguas residuales, y un
adecuado proceso unitario.
71
BIBLIOGRAFÍA
BIBLIOGRAFÍA
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