las aguas residuales - Centro de Investigación y Desarrollo

Redes de Saneamiento Urbano: Redes de Saneamiento
SECCIÓN 1 : LAS AGUAS RESIDUALES
INTRODUCCIÓN
En esta parte del módulo y en las unidades posteriores se trata de los sistemas de
evacuación en las redes de saneamiento, las obras complementarias, el cálculo de caudales para
el diseño de las redes, el diseño y cálculo hidráulico de las alcantarillas y colectores y el
mantenimiento y la explotación de las redes de saneamiento.
SANEAMIENTO
Entendemos por saneamiento el conjunto de obras, técnicas e instalaciones necesarias
para una correcta evacuación y posterior tratamiento del agua residual con el objetivo de
mantener y mejorar las condiciones de salubridad de las poblaciones y originar el menor
impacto ambiental en los vertidos.
ANTECEDENTES HISTÓRICOS
El saneamiento nace como respuesta a un problema de índole sanitario.
Los primeros antecedentes históricos se indican en la Biblia, (655 a de C.) en su lucha
con los jebusitas el Rey David consigue que Joab entre en Jerusalem a través de los canales de
desagüe de aguas negras y de lluvia.
En el reino de los Hititas, Grecia antigua y en el Imperio Romano son numerosas sobre
canales de desagüe de aguas negras y de lluvia. Los grandiosos desagües de la antigua Roma
son los mejores conocidos aunque no existía conexión de las casas a los desagües
En Inglaterra como en otros países a principios del siglo XIX existían ya conductos para
drenaje exclusivo de aguas pluviales sin vertidos de las excreciones humanas. Es a partir de
1815 en Londres donde se inicia esta evacuación.
La revolución industrial del XIX, tuvo como consecuencia la masificación de la
población especialmente entorno a los centros de producción, creándose unas condiciones
sanitarias penosas, ello dió lugar a numerosas epidemias de cólera, como la de 1832 y
posteriormente la de 1845 con más de 25.000 muertos, que pusieron de manifiesto la conexión
entre el estado sanitario del agua de consumo y el desarrollo de enfermedades.
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Es en la década de 1840-1850 cuando se empieza a experimentar algún progreso en el
proyecto y construcción de redes de saneamiento. En 1842 Sir Edwin Chadwick elaboró un
informe sobre las condiciones sanitarias en Gran Bretaña en el que se establecía la necesidad de
recoger las aguas residuales en un sistema específico de alcantarillado, proponiendo la
utilización de conductos de gres y la separación de las aguas residuales de las pluviales.
A partir de la iniciativa británica, se establecen las bases modernas del saneamiento con
la recogida y transporte de las aguas residuales. En 1847, se estableció con carácter obligatorio
conectar los edificios a las redes de alcantarillado dando origen a los primeros alcantarillados de
tipo unitario, sistema posteriormente adoptado por la mayor parte de las ciudades europeas y
americanas.
A mediados de la década de 1850 se inicia un período de investigación y estudio, que se
continúa en los sesenta, en el que se profundiza sobre el conocimiento de los procesos
biológicos, se establecen principios básicos de funcionamiento y los primeros modelos de los
mismos, permitiendo la adopción de criterios de diseño basados en consideraciones de tipo
científico y no de los puramente empíricos utilizados hasta la fecha.
No obstante, es necesario matizar que el funcionamiento de los sistemas de evacuación
fueron concebidos y desarrollados hasta los límites que la tecnología permitió en su momento,
a partir de principio del siglo XX hasta la 1940 se refinan las aplicaciones hidráulicas en el
diseño de las geometrías en las secciones, así como detalles en obras e instalaciones
complementarias.
La construcción de las primeras redes de alcantarillado evidenció que, aunque
contribuían a la reducción del número de puntos de vertido, mejorando las condiciones
sanitarias locales respecto a la situación anterior, se producía una mayor concentración de la
contaminación, produciendo un agravamiento del estado de los ríos, originando condiciones
higiénicas y ambientales poco aceptables.
Surge la idea de que el vertido de aguas residuales debería utilizarse para fertilizar el
suelo, con lo cual se proponía el primer sistema de tratamiento y se apuntaba el inicio del
concepto de saneamiento moderno, basado en la evacuación, transporte y depuración del agua
residual.
A partir de este momento se desarrollan los primeros sistemas de depuración,
inicialmente dirigidos a la eliminación de materias sólidas y posteriormente complementados
con la de la materia orgánica soluble mediante los tratamientos biológicos, primero los filtros
percoladores (1897) y posteriormente, los fangos activados (1914).
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AGUAS RESIDUALES
Las aguas residuales están constituidas por aguas negras o urbanas, y aguas blancas o
de lluvia.
Las aguas negras o urbanas
Son aguas que se originan por los vertidos de la actividad humana, origen doméstico,
servicios municipales de limpieza, vertidos industriales. Son caudales pequeños pero continuos
y con gran contaminación.
Las aguas negras de origen doméstico están constituidas por aguas fecales, aguas de
lavado, contienen por habitante y día una cantidad media de 190 gr de sustancias sólidas, 80 gr
son de naturaleza inorgánica y el resto 110 gr orgánicas, por tanto putrescibles.
Tabla 1
Composición frecuente de aguas negras en diferentes ciudades españolas
Parámetro
Amoniaco
Concentración (mg/l)
12-50
DBO5
100-300
DQO
250-1.000
Fósforo
6-20
Grasa
50-150
Nitrógeno total
20-85
Sólidos en suspensión
Sólidos totales
100-350
350-1.200
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En recorridos largos y poco ventilados puede iniciarse la putrefacción, comenzando con
la formación de ácido sulfhídrico (véase unidad 10), las aguas residuales pierden su color
grisáceo inicial y toman un color negruzco.
Las aguas residuales procedentes de la actividad industrial, se introducen en puntos de
la red muy específicos, generalmente en polígonos industriales. A veces, considerando la
naturaleza de estas agua, es obligado un tratamiento previo antes del vertido. La tendencia
actual en grandes industrias es reutilizar el agua mediante tratamientos adecuados.
Las aguas blancas o de lluvia
Son aguas procedentes de drenajes o de escorrentía superficial, caracterizándose por
grandes aportaciones intermitentes y escasa contaminación. Las cargas contaminantes se
incorporan al agua al atravesar la lluvia la atmósfera, o por el lavado de superficies y terrenos.
Suponen grandes caudales, pero intermitentes
y menor contaminación que las aguas
negras.
Las aguas de lluvia incorporan en su caída elementos en suspensión en la atmósfera
debidos a la contaminación atmosférica, al atravesarla incorporan a las aguas gases, como CO2
y polvo.
Tabla 2
Composición frecuente de aguas blancas
en diferentes ciudades españolas
Parámetro
Concentración (mg/l)
Amoniaco
0,1-1
DBO5
15-60
DQO
35-80
Fósforo
0,9-1,5
Grasa
Nitrógeno orgánico
1-1,6
Sólidos en suspensión
200-260
Sólidos totales
150-450
La contaminación de las aguas de escorrentía puede considerarse, a igualdad de
superficie, en un 13% de la contaminación de las aguas residuales negras considerando 100
habitantes por Ha y una carga contaminante de 40 g de DBO 5 por habitante y día.
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Las aguas procedentes de la actividad agrícola, incorporan fertilizantes, insecticidas,
herbicidas, funguicidas, etc.
Son numerosas la ciudades que adoptan la construcción de depósitos de retención,
evitando el dimensionado excesivo de las alcantarillas y colectores, además del vertido directo
de las aguas de lluvia. Los depósitos de retención, actúan regulando los caudales, desaguando
en períodos secos.
CONTAMINANTES
Entendemos por contaminación, la acción y el efecto de introducir materias o formas de
energía, o inducir condiciones en el agua que de modo directo o indirecto, impliquen una
alteración perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores o con su función
ecológica.
La importancia del conocimiento de los contaminantes en las aguas residuales es fundamental
no sólo con vistas al proyecto y explotación de las infraestructuras en la evacuación, si no
también por el tratamiento en la depuración.
En las aguas negras de uso doméstico, que se vierten al alcantarillado o colectores de un
núcleo urbano, la contaminación doméstica está originada por deyecciones, residuos
alimenticios y productos de la limpieza e higiene de las viviendas, grasas y vertidos de los
locales comerciales.
Tabla 3
Contaminación según tamaño de la población
Población
(hab.)
DBO5
(p.p.m.)
DBO5
(g/hab.d.)
< de 1.000
450
45
1.000 a 6.000
306
46
6.000 a 12.000
175
48
12.000 a 50.000
270
54
50.000 a 250.000
286
86
> de 250.000
458
183
La contaminación de origen industrial es consecuencia de los vertidos procedentes de
actividades industriales que son innumerables. No siempre son conocidos la naturaleza de los
vertidos, normalmente son consecuencia de los productos de manufacturación, materias primas,
fenoles, grasas, metales pesados.
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La contaminación agrícola es más frecuente en poblaciones pequeñas de tipo rural y afecta más
a las aguas blancas o de lluvia, su contaminación es consecuencia del lavado de las tierras que
han sido tratadas con abonos, herbicidas y todos aquellos productos típicos de índole agrícola
referidos anteriormente.
A continuación exponemos en las tablas 4 y 5 un resumen de las causas y efectos más
característicos, atendiendo a los tipos de contaminación habituales.
Tabla 4
Causa u origen producidos por algunos contaminantes
Tipo de contaminante
Causa
Color grisáceo a oscuro
Degradación de la materia orgánica en las aguas residuales
domésticas
Olor
Residuos industriales, agua residual en descomposición
Sólidos
Aguas residuales domésticas e industriales, descomposición del
manto biológico, infiltración incontrolada
Temperatura alta
Aguas residuales industriales
Carbohidratos
Aguas residuales domésticas, industriales o comerciales
Grasas animales, grasas
y aceites
Aguas residuales industriales y doméstica
Pesticidas
Agua de procedencia agrícola
Fenoles
Agua residual industrial
Proteínas
Agua residual doméstica e industrial
Materia orgánica volátil
Agua residuales doméstica, degradación natural de materia orgánica
Alcalinidad
Aguas residuales doméstica o industrial
Cloruros
Infiltración de aguas subterráneas de origen marino, aguas residuale s
domésticas o industrailes
Metales pesados
Agua residual industrial de vertidos
Nitrógeno
Agua de procedencia agrícola, aguas residuales domésticas
pH
Aguas residuales industriales, domésticas
Fósforo
Aguas residuales domésticas, agrícola, industrial
Azufre
Aguas residuales domésticas, industriales
Sulfuro de hidrógeno
Fermentación del agua residual
Metano
Fermentación del agua residual
Oxígeno
Entrada de agua potable o infiltración de agua subterránea
Bacterias
Aguas residuales domésticas, infiltración de aguas superficiales
Virus
Aguas residuales domésticas
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Tabla 5
Efectos producidos por algunos contaminantes
Tipo de contaminante
Materia orgánica biodegradable
Materia orgánica: fenoles y pesticidas
Metales pesados
Nutrientes
Patógenos
Sólidos en suspensión
Sólidos inorgánicos disueltos
Efectos
Lo constituyen normalmente carbohidratos, proteínas,
grasa animal, gran consumo de DBO5 y DQO. En
vertidos incontrolados en cauces pequeños por el
consumo excesivo de oxigeno puede dar lugar a
olores desagradables.
Elementos muy nocivos y resistivos en el tratamiento
convencional de un agua residual
En el supuesto de la reutilización del agua, es
necesario eliminarlos
Son clásicos el nitrógeno y el fósforo. Su existencia
en embalses o cauces, da lugar a un desarrollo
importante de algas. Vertidos en terrenos permeables
pueden contaminar un acuífero.
Pueden
transmitir enfermedades infecciosas en
función del patógeno adquirido.
Originan sedimentaciones, pudiendo dar lugar a
fermentaciones por procesos anaerobios con agua sin
tratar.
Frecuentemente son el calcio, sodio, sulfatos deben
eliminarse en el supuesto de un tratamiento para
reutilización del agua
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