unidad 2 - Universidad de Salamanca

CURSO DE ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES (EDAR’s)
UNIDAD 2: AGUAS RESIDUALES
CAPÍTULO 1: GENERAL
Sección 1: Ciclo del agua
Todas las formas de vida dependen del agua, del agua limpia.
Este diagrama muestra el ciclo hidrológico.
Cuando el agua se expone a la atmósfera, el sol provoca su evaporación y la transforma
en vapor de agua. La evaporación es la conversión del agua líquida en vapor.
La humedad también puede llegar al aire procedente de las plantas mediante un proceso
denominado transpiración. En un día caluroso, un manzano grande puede eliminar, o
transpirar, unos cuatro litros de agua por minuto.
La humedad del aire forma las nubes. Cuando las nubes se enfrían, el vapor de agua se
condensa en forma de pequeñísimas gotas.
Cuando estas gotas son suficientemente pesadas, agua o nieve cae sobre la tierra.
El agua que cae sobre la tierra fluye hacia los océanos, lagos y ríos. El agua también
empapa el terreno y recarga los acuíferos de agua subterránea.
A veces, el agua que cae sobre la tierra, fluye por las grietas pudiendo formar arroyos.
Cuando el agua está expuesta al aire caliente, empieza a evaporarse. Así, el ciclo del
agua comienza de nuevo.
CAPÍTULO 1: GENERAL
Sección: Proceso Natural
El movimiento de los ríos y los arroyos es una forma natural de purificación del agua.
La agitación del agua sobre las rocas aumenta la cantidad de oxígeno disuelto que el
agua contiene lo que ayuda a mantener la vida acuática cuando pequeñas cantidades de
desechos acceden a los ríos o arroyos.
Las formas de vida acuática, en un curso de agua, se alimentan de esos residuos,
reduciendo su cantidad y así purificando el agua.
Sin embargo, los hombres, a menudo, vierten tanta cantidad de residuos a los ríos que
las aguas receptoras (así se llaman) no son capaces de autopurificarse de forma natural.
Cuando esta sobrecarga de residuos ocurre en un curso de agua, éste se contamina.
Expresándolo con otras palabras, la capacidad de asimilación de los ríos o la capacidad
que tienen las formas de vida acuática de consumir residuos, se sobrepasa. Se ha vertido
más cantidad de residuos a las aguas receptoras que lo que puede ser asimilado.
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UNIDAD 2: AGUAS RESIDUALES
CAPÍTULO 1: GENERAL
Sección: Contaminación
Las plantas y los animales acuáticos necesitan oxígeno para vivir. Si la capacidad de
asimilación de un río se sobrepasa, no quedará suficiente oxígeno en el agua para que
vivan los animales y plantas adecuados. Cuando ésto ocurre, el río se contamina más y
más. La contaminación mata los peces y supone un peligro para las comunidades que
utilizan el agua.
Para combatir la contaminación y ayudar a la naturaleza, las comunidades construyen
plantas de tratamiento de aguas residuales (depuradoras). Estas plantas sirven para
reducir la cantidad de contaminantes que se liberan al medio ambiente.
Nos ayudan a controlar la contaminación y las enfermedades y a mantener fuentes de
agua limpias para usos domésticos y recreativos.
CAPÍTULO II: CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL
Sección: Fuentes de agua residual.
Los términos “desechos brutos” o “agua residual bruta” se emplean para denominar el
agua y los sólidos que entran en las plantas de tratamiento.
Las aguas residuales que se recogen en una comunidad provienen de diferentes fuentes.
Estas son las distintas fuentes:
•
•
•
•
•
Domésticas
Comerciales
Industriales
Agua de tormenta y
Agua del terreno
Las aguas residuales domésticas son las que se originan en las viviendas. Contienen
sólidos fecales (residuos humanos) y residuos derivados de operaciones domésticas
como lavar, cocinar, bañarse o fregar.
Las aguas residuales comerciales provienen de pequeños negocios como lavanderías o
restaurantes.
Las aguas residuales industriales provienen de fábricas.
Las aguas residuales tienen que ser procesadas con mucho cuidado porque pueden
contener compuestos tóxicos, pueden ser deficientes en nutrientes, contener mucha
materia orgánica, ser muy ácidas o básicas (pH extremo) o poseer otras sustancias o
características que afecten negativamente al funcionamiento de la planta depuradora.
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UNIDAD 2: AGUAS RESIDUALES
Las aguas residuales con cantidades excesivas de sustancias peligrosas, tales como
metales pesados o compuestos venenosos se denominan residuos tóxicos.
Los residuos deficientes en nutrientes se generan habitualmente en industrias
conserveras. Estas aguas residuales son dañinas para los microorganismos porque no
contienen suficientes nutrientes como nitrógeno o fósforo que son esenciales para la
vida de los microorganismos.
Las aguas residuales ricas en materia orgánica pueden pasar por la planta sin ser
depuradas adecuadamente y provocar que se incumplan las regulaciones sobre la
calidad del efluente de la planta. Los residuos de una lechería o una quesería, por
ejemplo, son muy ricos en materia orgánica.
Como aguas de tormenta se denominan al agua y los sólidos que se recogen después de
una tormenta.
En algunos lugares el agua de las tormentas se recoge y se envía sin tratar a un cauce
fluvial.
En otros lugares las aguas de lluvia se mezclan con las aguas residuales brutas lo que
puede provocar una entrada excesiva de agua residual en la planta de tratamiento.
El agua del terreno normalmente entra en los colectores a través de grietas o defectos en
las juntas de las tuberías.
CAPÍTULO II: CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL
Sección: Tipos de colectores
Los operadores de depuradoras de aguas residuales deben conocer los distintos tipos de
colectores que llegan a la planta.
Hay 3 tipos de redes de alcantarillas fundamentales: las sanitarias, las que recogen el
agua de lluvia y las combinadas.
Las redes de alcantarillado sanitarias contienen aguas residuales domésticas e
industriales y van hasta las plantas de tratamiento de aguas. Las alcantarillas que
recogen el agua de lluvia suelen ir directamente a un curso de agua. Los colectores
combinados contienen aguas residuales y agua de lluvia mezcladas y van hasta la planta
depuradora.
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CAPÍTULO II: CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL
Sección: Características cualitativas
El agua residual que llega a una planta depuradora suele contener un 99.98% de agua y
un 0.02% de sólidos.
El agua residual bruta normalmente es turbia, grisácea y huele a húmedo.
Si el agua residual es negra y huele mal cuando entra en la depuradora ésto indica que
se ha vuelto “séptica”. El agua residual se vuelve séptica cuando no lleva suficiente
oxígeno disuelto y dominan los procesos anaerobios (sin oxígeno).
El agua residual puede volverse séptica si pasa demasiado tiempo en los colectores. Las
temperaturas templadas favorecen las condiciones sépticas.
CAPÍTULO II: CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL
Sección: Características cuantitativas
Veamos ahora la composición de las aguas residuales. El agua residual es agua que
lleva sólidos, disueltos o en suspensión.
Los sólidos constituyen, normalmente, menos de dos centésimas por cien del agua
residual, en peso. Eliminar esta pequeña cantidad de sólidos es el objetivo principal de
la planta depuradora.
Los sólidos presentes pueden clasificarse atendiendo a diversos criterios. Pueden
dividirse, por ejemplo, en sólidos orgánicos y sólidos inorgánicos.
Los sólidos orgánicos son los residuos de las formas de vida vegetales y animales. Estos
sólidos son degradables (se pueden descomponer).
Los sólidos inorgánicos, por el contrario, normalmente no se degradan. Entre ellos están
materiales como arena, grava, sedimentos y sales.
Ambos tipos de sólidos, orgánicos e inorgánicos, pueden dividirse a su vez en sólidos
en suspensión y sólidos disueltos como se aprecia aquí.
CAPÍTULO II: CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL
Sección: Sólidos
Parte de los sólidos orgánicos e inorgánicos pueden estar flotando, suspendidos , en el
líquido.
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Los sólidos en suspensión son aquellos que flotan en el agua. Estos sólidos pueden ser
eliminados del agua por métodos físicos o mecánicos, tales como dejando que se
depositen o filtrándolos.
Los sólidos en suspensión incluyen partículas de gran tamaño tales como los sólidos
fecales, papeles, maderas, restos de comida, basura y materiales similares. La mayoría
de los sólidos en suspensión son orgánicos.
Fíjese en los sólidos que se han depositado en el fondo de este cono Imhoff. Un cono
Imhoff es un recipiente con forma de cono que está graduado en el lateral. En el
recipiente cabe 1 litro de agua y se usa para medir los sólidos sedimentables del agua
residual.
Otro tipo de sólidos que entran en una depuradora son los sólidos disueltos.
Los sólidos disueltos están realmente en solución en el líquido. Por ejemplo, cuando se
mezcla azúcar con agua caliente el azúcar se disuelve en el agua. El azúcar es ahora un
sólido disuelto.
En las aguas residuales domésticas, la mitad de los sólidos disueltos son orgánicos y la
otra mitad son inorgánicos. Los sólidos disueltos inorgánicos normalmente no se
eliminan en el proceso de depuración de aguas residuales.
Hemos mencionado sólidos disueltos y en suspensión, sólidos orgánicos e inorgánicos.
Al conjunto de todos los sólidos se le denomina sólidos totales.
Otro tipo de sólidos con los que los operadores deben familiarizarse son los coloides.
Los sólidos coloidales son partículas extremadamente pequeñas que no sedimentan por
métodos convencionales. Para sedimentar tienen que ser agrupados en partículas
mayores. En ocasiones se eliminan por filtración.
CAPÍTULO II: CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL
Sección: Demanda Bioquímica de Oxígeno
La siguiente característica importante del agua residual que los operadores deben
conocer es su demanda bioquímica de oxígeno.
La demanda bioquímica de oxígeno es una medida indirecta de la cantidad de materia
orgánica del agua residual.
La DBO se determina midiendo el oxígeno consumido por los microorganismos en una
muestra de agua residual durante un período de 5 días y a temperatura constante de 20º
C.
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La DBO es importante para determinar la carga orgánica que entra en la planta de
tratamiento, en los sistemas biológicos de tratamiento y en el cauce de agua receptor.
Dos variaciones importantes del test de la DBO son la demanda bioquímica de oxígeno
de elementos carbonados o CDBO, y la demanda bioquímica de oxígeno soluble o
SDBO.
La CDBO es importante en aguas residuales sujetas a nitrificación. En este caso la
CDBO mide sólo la parte de la DBO formada por compuestos de carbono y no la parte
de la DBO que utilizan los microorganismos nitrificantes. En la unidad 5 se amplía la
información acerca del test de la DBO.
La SDBO mide la DBO de la parte soluble de la muestra. Esta medida es importante
para los reactores de microorganismos inmovilizados tales como los filtros de goteo o
los contactores biológicos rotativos.
Más información sobre la SDBO puede encontrarse en la Unidad 7: Reactores . La
SDBO es también importante para los fangos activos que reciben residuos industriales
ricos en SDBO.
CAPÍTULO II: CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL
Sección: Nitrógeno
Otro componente importante del agua residual es el nitrógeno.
En las aguas residuales, el nitrógeno está en cuatro formas básicas: nitrógeno orgánico,
amonio, nitrito y nitrato.
El nitrógeno total es la suma del nitrógeno orgánico, amonio, nitrito y nitrato. El agua
residual doméstica suele contener 20-50 mg/L de nitrógeno total y 12-40 mg/L de
amonio.
Los microorganismos necesitan nitrógeno para desarrollarse. Si el agua residual no
contiene suficiente pueden ocurrir problemas por deficiencia de nutrientes durante el
tratamiento secundario.
CAPÍTULO II: CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL
Sección: Fósforo
Otro componente del agua residual importante para los microorganismos es el fósforo.
El fósforo, como el nitrógeno, es un elemento esencial para el crecimiento biológico.
En el agua residual, el fósforo se encuentra en 3 formas: Ortofosfatos solubles,
Polifosfatos inorgánicos y Fosfatos orgánicos.
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El ortofosfato es la forma más fácilmente asimilable por los microorganismos y se
utiliza como un parámetro de control en los procesos biológicos de eliminación de
fósforo.
Los operadores de plantas de tratamiento miden, a menudo, el fósforo total del influente
y el efluente de la planta. El fósforo total es la suma de los compuestos de las tres
formas de fósforo.
Las aguas residuales domésticas tienen una concentración de fósforo total de
aproximadamente 5-15 mg/L. Es importante reseñar que la descarga tanto de fósforo
como de nitrógeno debe ser controlada porque puede provocar un crecimiento excesivo
de algas en las aguas receptoras.
El crecimiento excesivo de algas en las aguas receptoras causa una disminución del
oxígeno disuelto y, a largo plazo, serios problemas de contaminación.
CAPÍTULO III: TOMA DE MUESTRAS
Sección: Generalidades
Dado que es imposible analizar todas las aguas residuales que entran o dejan una
depuradora, es obligado tomar determinadas muestras.
Si las muestras no se toman correctamente no se puede realizar medidas precisas de
control del funcionamiento de la planta. Un sistema de toma de muestras adecuado es
necesario de igual modo para elaborar los informes requeridos por los organismos
oficiales.
CAPÍTULO III: TOMA DE MUESTRAS
Sección: Tipos de muestras
Existen dos formas básicas de recolección de muestras en una depuradora de aguas
residuales: Muestras puntuales y Muestras compuestas.
Una muestra puntual es una muestra que se recoge manualmente. Se toma cuando el
operador necesita conocer un dato del proceso inmediatamente después de la toma de
muestra. Se toman sobre todo para determinar parámetros inestables como oxígeno
disuelto, pH y temperatura.
El segundo tipo de muestra es la muestra compuesta. Una muestra compuesta se recoge
manual o automáticamente para proporcionar información de las características medias
de una muestra a lo largo del tiempo.
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UNIDAD 2: AGUAS RESIDUALES
Las muestras compuestas se recogen:
•
•
A distintos tiempos: Muestras proporcionales al tiempo.
A distintos flujos: Muestras proporcionales al flujo de agua.
Las muestras compuestas dependientes del tiempo se recogen a intervalos de tiempo
regulares y de volumen fijo. Por ejemplo, un operador puede recoger una muestra diaria
determinada de 300mL cada 2 horas durante un período de 24 horas.
Un muestra proporcional al flujo se toma variando la frecuencia (en el tiempo) o el
volumen tomado para tener un conjunto más representativo. Es necesario tomar
muestras de este tipo cuando las características de la muestra pueden variar
apreciablemente con los cambios de flujo. Esto es lo que ocurre, por ejemplo, con las
muestras del agua de entrada o de salida de la planta de tratamiento.
Las muestras proporcionales al flujo normalmente se toman automáticamente mediante
sistemas como el que se observa aquí. Estos colectores de muestras pueden programarse
fácilmente y ajustarse a distintas condiciones.
En las grandes plantas depuradoras, algunos parámetros están siendo constantemente
analizados mediante sensores on-line. Estos sensores suelen realizar determinaciones de
pH, oxígeno disuelto, temperatura o cloro libre.
CAPÍTULO III: TOMA DE MUESTRAS
Sección: Factores que afectan al Muestreo
Una vez más, el principal objetivo del muestreo es obtener una muestra líquida
representativa del proceso. El punto de muestreo y la técnica utilizada en la toma de
muestra son importantes para conseguir una muestra representativa.
El punto de muestreo seleccionado debe ser un lugar donde la muestra esté mezclada
correctamente. Las muestras del influente deben ser tomadas, por ejemplo, en un punto
anterior a la entrada de una muestra de recirculación, si ésta existe.
Cuando se toma una muestra debe evitarse tocar las paredes de las conducciones o de
los tanques donde siempre se deposita material. Tampoco deben recogerse las masas o
los sólidos que flotan en los tanques.
Los recipientes para tomar las muestras deben estar adecuadamente identificados, y una
vez que se tome la muestra deberán acondicionarse según sea necesario. La mayoría de
las muestras se mentienen a 4º C de temperaturas pero algunas necesitan que se les
añadan determinados compuestos químicos para estabilizarlas.
Después que una muestra ha sido recogida debe enviarse al laboratorio para que se
realice su análisis químico o microbiológico. Sin embargo, algunos test como la
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determinación de la temperatura o del oxígeno disuelto deben realizarse “in situ”, en el
punto de muestreo.
CAPÍTULO IV: DEBERES DEL OPERADOR
Sección: General
Las plantas de tratamiento de aguas residuales dependen de un factor esencial para su
correcto funcionamiento. Este factor esencial es el operador de la planta.
Existen plantas de tratamiento de aguas residuales en todo tipo de comunidades. El
tamaño de la población determina el tamaño de la planta. En la grandes depuradoras los
operadores suelen trabajar en zonas concretas de la planta como por ejemplo la zona de
fangos activados que es la que tienen que controlar. En las depuradoras pequeñas, sin
embargo el operador suele tener que ocuparse de toda la planta y comprender todos los
procesos que en ella ocurren.
El operador es responsable de que la planta funcione eficientemente. Esto significa
exactamente que debe abrir y cerrar válvulas, encender y apagar interruptores, recoger
muestras, engrasar los equipos, leer contadores, anotar datos, realizar tests, etc...
El operador, además, toma de decisiones, registra los informes, observa las condiciones
del entorno de la planta, elabora los cálculos necesarios para asegurarse que la planta
funciona correctamente y planifica los arreglos necesarios.
Los operadores de las plantas tienen la misión de explicar a los gobiernos, a las
instituciones municipales y al público en general cual es la función de una depuradora,
por qué es importante presupuestar suficiente dinero y medios para que funcionen
adecuadamente.
Los operadores son, a veces, funcionarios del estado cuando trabajan para instituciones
públicas. En ocasiones son contratados por grandes empresas privadas que tienen sus
propias depuradoras o para empresas que controlan las depuradoras públicas.
Sea cual sea el interés del operador, dinero, prestigio, satisfación por el trabajo, servicio
a la comunidad,etc. su trabajo es importantísimo para la sociedad.
El campo del tratamiento de aguas residuales, al igual que otros, está cambiando mucho
en los últimos años. Se construyen nuevas plantas o se adecuan las antiguas a las nuevas
necesidades determinadas por el aumento de las poblaciones o para reducir la carga
contaminante de los efluentes. La necesidad de operadores bien formados es cada vez
más evidente.
Los operadores de las depuradoras de aguas residuales deben estar orgullosos del
trabajo que realizan para proteger el medio ambiente y la salud pública.
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