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GESTIÓN DEL AGUA
Reutilización de Aguas Residuales:
Situación actual y tendencias
La reutilización de aguas residuales de origen urbano, sometidas a un tratamiento de depuración en
las EDARs y posteriormente a una reducción de sólidos en suspensión y desinfección mediante
tratamiento terciario, constituye un recurso hidráulico alternativo perfectamente aplicable y ensayado
para el riego de superficies con requerimientos especiales, tales como terrenos agrícolas,
invernaderos, campos de golf, parques y jardines, así como aplicable a otros usos no directamente
relacionados con el consumo humano, y de especial interés para asegurar el suministro en estaciones
climáticas secas, o en períodos prolongados de escasa pluviometría y particularmente en climas
semiáridos. La recarga de acuíferos por infiltración/percolación o bien por inyección directa para su
posterior extracción y tratamiento como agua de consumo humano o como control de la intrusión de
aguas saladas, fija los criterios de calidad más rigurosos para las aguas regeneradas. La presencia
de microcontaminantes orgánicos emergentes plantea a su vez una constante revisión de los criterios
de calidad del agua regenerada para la recarga de acuíferos y de los tratamientos más adecuados
para su control. Diferentes factores ambientales y sociales pueden promover la demanda de la
regeneración de las aguas residuales depuradas y su posterior reutilización sustituyendo otros
recursos hídricos convencionales.
Joan Sanz Ataz, Leopoldo Guerrero Gallego, Juan Manuel Ortega Díaz
VEOLIA Water Systems Ibérica, Dirección Técnica.
L
a selección de los procesos y tecnologías necesarias para la regeneración de las aguas residuales
implica el conocimiento previo del tipo
de efluentes a tratar (primario, secundario o terciario), su variabilidad y la
calidad exigida al agua regenerada.
Aunque en nuestro país se regeneran
efluentes secundarios o terciarios, en
otros países se considera también,
desde el punto de vista de las tecnologías, el tratamiento de los efluentes
primarios con objeto de obtener aguas
adecuadas para el riego agrícola bajo
la clasificación de tratamientos primarios avanzados.
Los procesos empleados en la regeneración están orientados principalmente a la reducción de la materia coloidal
y en suspensión (por su incidencia
sobre la desinfección) y a los microorganismos patógenos y parásitos.
Según la finalidad de la reutilización
también se considera la reducción de
sales solubles, microcontaminantes
inorgánicos y orgánicos y parámetros
agrónomos. Por último, también se
contempla la formación de subproductos propios de los procesos de
oxidación y desinfección formados en
el proceso de regeneración de las
aguas residuales depuradas.
Inicialmente los efluentes secundarios
eran tratados con la tecnología disponible para agua potable, pero con el
paso del tiempo se han ido considerando estos efluentes como una matriz
específica de agua a tratar. De acuerdo
con este planteamiento se han modificado y adaptado los procesos existentes, desarrollando tecnologías específicas de regeneración y se han considerado como una parte más del ciclo
integral del agua.
Las tendencias de mejora de los procesos en los últimos años han profundizado en el análisis de la composición
orgánica de los efluentes secundarios
(EfOM, effluent organic matter) y su
papel en los mecanismos de ensuciamiento, tanto de los sistemas de filtración superficial y en profundidad como
en los sistemas de separación por
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membranas. También el interés en nuevos indicadores microbiológicos, en la
presencia de patógenos y parásitos,
están obligando a evaluar desde otras
orientaciones los procesos de la regeneración del agua depurada.
De forma emergente, también han
aparecido en la comunidad científica
consideraciones sobre la presencia de
microcontaminantes orgánicos sintéticos o xenobióticos en los efluentes
secundarios y sobre los subproductos
formados en el propio proceso para su
reutilización en la recarga de acuíferos.
Esta última reutilización y el objetivo de
reducción de la salinidad en el agua
regenerada han promovido, entre
otros factores, el desarrollo de los sistemas integrales de membranas.
Con referencia a la calidad exigida al
agua regenerada, existe todavía cierta incertidumbre desde el punto de
vista del marco legislativo, aunque
existen algunas recomendaciones o
borradores (borrador Cedex, recomendaciones ACA) a los que se hace
referencia en la práctica habitual, así
como a las recomendaciones de la
Organización Mundial de la Salud
(OMS), de la Agencia de protección del
medio ambiente de EUA (USEPA), y
del título 22 de California. En algunos
casos se fijan los usos del agua regenerada y la calidad asociada (borrador
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Cedex) y en otros se fijan los tipos de
agua regenerada y los usos asociados a
cada calidad.
Procesos de regeneración
de aguas residuales
Coagulación, floculación y sedimentación
Los sistemas de separación sólidolíquido en base a la coagulación, floculación y decantación lamelar son aplicados tanto en los casos donde el contenido de materia en suspensión impide la filtración directa de los efluentes
secundarios, como en los procesos de
clarificación previa a los sistemas de
membranas. Las mejoras en estos sistemas se encuentran en los cambios de
diseño de las cámaras internas y la aplicación de elementos como la microarena empleada en el proceso Actiflo®
que aumentan las velocidades específicas, manteniendo valores bajos de turbidez y materia en suspensión.
Filtración
Dentro del proceso de filtración, tanto
si es superficial como si es en profundidad, aparece como punto clave la aplicación de la distribución de tamaño de
partícula en los efluentes secundarios y
del conocimiento de los mecanismos
de filtración de cada sistema.
©
dado lugar al estudio de la mejora de
los procesos de filtración que forman
parte de los pretratamientos. Así se
plantean sistemas de filtración con
doble etapa tanto en filtros abiertos
como en filtros a presión con objeto de
obtener valores de los índices de ensuciamiento SDI o MFI adecuados para
los sistemas de membranas.
Separación por membranas
Filtración superficial
La filtración superficial mediante
tamices con intervalos de luz de 10 a
20 µm permite la reducción de la
carga de sólidos en suspensión previa
a la desinfección con luz ultravioleta
según el reconocimiento del Título 22
de California. En este proceso la eficacia de la filtración depende de la curva
de distribución de la medida de la partícula. La filtración de precapa también
se presenta como un elemento disponible en el pretratamiento de los sistemas de membranas.
El proceso de separación por membranas permite, en función de la membrana seleccionada, la reducción de la
materia en suspensión y coloidal y de
los compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos.
Considerando el tamaño de poro o del
peso molecular de corte, las membranas se clasifican en cuatro grupos:
microfiltración (0,1 µm ó 500.000 dalton), ultrafiltración (0,01 µm ó 20.000
dalton), nanofiltración (0,001 µm ó 200
dalton) y ósmosis inversa (0,0001 µm ó
<100 dalton).
Filtración en medio granular
La filtración en medio granular abarca
desde filtros por gravedad o a presión
propios de tratamiento de aguas prepotables que han evolucionado para
tratar efluentes secundarios como diseños específicos para la regeneración.
De nuevo se deben considerar claves
las características de tamaño, forma y
naturaleza de las partículas de los
efluentes secundarios en relación a la
eficiencia del proceso.
El uso de los sistemas de membranas
de ósmosis inversa y nanofiltración ha
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La microfiltración y la ultrafiltración
están orientadas habitualmente a la
reducción de carga microbiológica y al
pretratamiento de nanofiltración o de
ósmosis inversa en sistemas integrales
de membrana. La nanofiltración y la
ósmosis inversa se aplican para la
reducción del contenido en las sales
disueltas y separación de microcontaminantes orgánicos.
punto crítico el mantenimiento de los
valores de permeabilidad en las diferentes condiciones de operación y, por
lo tanto, el control del ensuciamiento
de las membranas y su limpieza por
medios físicos y químicos. La aplicación
de técnicas analíticas, como la cromatografía líquida de exclusión con
detector doble de carbono orgánico
disuelto y absorbancia ultravioleta (LCOCD), permiten caracterizar las diferentes fracciones orgánicas presentes y
su relación con el ensuciamiento de las
membranas. La identificación de las
fracciones orgánicas por LC-OCD se
combinan a la vez con el análisis de
superficies.
La medida del potencial de ensuciamiento de los efluentes secundarios
con parámetros tradicionales empleados en agua potable, suele ser insuficiente para dar información relevante
que explique la pérdida de permeabilidad y, por lo tanto, es necesario desarrollar nuevos ensayos para caracterizar
la filtrabilidad de los efluentes frente a
las membranas que permitan predecir
la evolución de la permeabilidad y el
ensuciamiento.
Como reducción del impacto del
ensuciamiento a los procesos de
microfiltración o ultrafiltración, se plantean la floculación en línea y adsorción
y la formación de precapa como en los
sistemas de tratamiento de aguas
superficiales.
Microfiltración y ultrafiltración
Nanofiltración y ósmosis inversa
La aplicación de estos procesos de
separación por membrana en los
efluentes secundarios presenta como
Aunque desde 1975 operó la conocida
planta de regeneración de Water
Factory 21 con membranas de acetato
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de celulosa de ósmosis inversa, durante muchos años no se pudieron aplicar
membranas de ósmosis inversa al tratamiento de los efluentes secundarios
debido a los rápidos ensuciamientos
de las mismas.
El desarrollo y la aplicación de membranas de microfiltración y ultrafiltración, hacia el principio de los años 90,
pensadas como pretratamiento, permitió el uso razonable de la ósmosis
inversa. También, en los años 90, se
han desarrollado o mejorado las membranas en un proceso de adaptación a
las características de los efluentes
secundarios. Así, han aparecido membranas específicas resistentes al ensuciamiento por modificación de sus propiedades superficiales, como son el
potencial zeta, rugosidad, etc., con
objeto de reducir la adhesión bacteriana y de los compuestos orgánicos de
alto peso molecular.
La combinación de pretratamientos
en base a microfiltración y ultrafiltración se combinan con las membranas
hidrofílicas con menor afinidad para
las moléculas orgánicas. Como en el
tratamiento de aguas superficiales y
de mar, el punto crítico es el control
del ensuciamiento microbiológico,
coloidal, inorgánico y orgánico y el
uso de buenas herramientas de diagnóstico y prevención.
De estas cuatro causas de ensuciamiento, la más comprometida es la formación de biopelículas sobre las membranas y, por lo tanto, buena parte de
la búsqueda se encuentra en el campo
de la prevención del ensuciamiento
microbiológico. En todos los casos se
precisa tomar una posición proactiva
ante la evolución de los datos de operación una vez que los sistemas están
en servicio y presentan síntomas de
ensuciamiento.
Biorreactores de membrana
Una de las más prometedoras tecnologías dentro del
campo de las mejoras en el
tratamiento de las aguas
residuales urbanas e industriales, son los sistemas
combinados de tratamiento
biológico y filtración con
membranas,
conocidos
como biorreactores de
membrana. Con esta configuración, el agua depurada
obtenida presenta una calidad de agua regenerada
previa a la desinfección con
valores de sólidos en suspensión < 5 mg/l, turbidez
inferior a 0,5 UNF, reducción
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©
en Coliformes fecales >6,2 log y en
bacteriófagos F-RNA >3,8 log.
Como en los otros sistemas con membranas, el obstáculo principal es el
mantenimiento de la permeabilidad
debido al ensuciamiento y la eficiencia
de las limpiezas físicas y químicas. De
nuevo, el punto clave es conocer los
compuestos responsables del ensuciamiento de la membrana y los trabajos
de modelización.
El proceso combinado de biorreactor
de membrana y ósmosis inversa ha
sido ensayado con la finalidad de obtener una calidad suficiente para plantearla como una nueva fuente de suministro de agua potable dentro del
reuso potable indirecto.
Desinfección
Luz ultravioleta
La aplicación de la luz ultravioleta a la
desinfección de los efluentes regenerados que inicialmente empleaba lámparas de baja presión y baja intensidad, se
ha ampliado con la posibilidad del uso
de lámparas de baja presión y alta intensidad y de media presión. En todo caso,
el conocimiento sobre la inactivación de
los microorganismos presentes en el
agua regenerada y su comparativa con
el proceso de desinfección por cloro ha
aumentado en los últimos años. A la vez,
los diseños de los reactores se han
modernizado y optimizado considerando los valores de parámetros que afectan a la eficiencia como son el tamaño
de las partículas y la absorbancia a 254
nm y como varían estos parámetros por
los diferentes tratamientos previos a la
desinfección por luz ultravioleta.
Cloración y cloraminación
El uso de los derivados del cloro como
agente desinfectante en combinación
con la luz ultravioleta da lugar a la posibilidad de reducir las dosis de cloro
empleadas y en el caso de aguas regeneradas con presencia de nitrógeno
amoniacal al tratamiento por debajo
del punto de ruptura minimizando la
formación de trihalometanos.
Tratamientos
específicos
Cuando se plantea la reducción de la
concentración de microcontaminantes
específicos como pueden ser los compuestos orgánicos volátiles, NNitrosodimetilamina (NDMA), productos farmacéuticos, etc., se pueden considerar diferentes tratamientos como
son el intercambio iónico, la adsorción
sobre carbón activo, stripping o la oxidación avanzada.
Proyectos de demostración
Son una herramienta clave del diseño
completo del proceso de regeneración. Se debe contemplar el proceso
de forma integral, desde el efluente
secundario a regenerar hasta el uso
final del agua regenerada en la reutilización. En sistemas integrales de membranas, permiten evaluar en conjunto
los pretratamientos (microfiltración y
ultrafiltración) con el proceso final de
separación por membrana (nanofiltración y ósmosis inversa). También permiten introducir mejoras de proceso en
los pretratamientos convencionales y
comparar diferentes alternativas basadas en membranas.
Conclusiones
Las tecnologías aplicadas a la regeneración evolucionan hacia una
mayor fiabilidad con el aumento de la
reutilización planificada del agua, la
definición de estándares de calidad
por el agua regenerada, el conocimiento adquirido por los usuarios y
los ensayos en los proyectos de
demostración. El diseño de los sistemas de tratamiento se adaptan cada
vez más a las características de los
efluentes en la medida que
se conocen los mecanismos de ensuciamiento y
los compuestos relacionados con los mismos. Por
último, la selección del tratamiento para la regeneración de las aguas residuales depuradas es un compromiso entre las calidades de entrada y salida, las
operaciones unitarias disponibles y la fiabilidad
esperada, que en todo
momento se tienen que
considerar como parte de
un todo y no de forma
separada.