Tema 1

Tema 1
Introducción al tratamiento de aguas
1
1.1 Importancia del tratamiento de las
aguas
• ¿Cuánta agua hay en el mundo?
o
70% de la superficie terrestre
• ¿Cuánta es agua dulce?
o
3%
• ¿Cuánta está disponible?
o
Casquetes polares, glaciares, etc. Sólo el 1% disponible
lluvias
• Lagos
• Ríos
• Pozos
2
Disponibilidad y uso del agua
• Mundialmente, se dispone de 12.500 a 14.000 Mm3 de agua (12.500 a
14.000 km3/año por año para uso humano  9.000 m3/hab·año, según se
estimó en 1989.
• 2025  la disponibilidad global de agua dulce per cápita descenderá a
5.100 m3/hab·año, ya que la población crecerá. Aun entonces esta
cantidad sería suficiente para satisfacer las necesidades humanas si el
agua estuviera distribuida por igual entre todos los habitantes del mundo.
• Consumo de agua (2009):
– España: 149 l/hab·día (hogares), 282 l/hab·día (total incl. pérdidas)
– Comunidad Valenciana: 174 l/hab·día, la 2ª comunidad que más consuma
– Pérdidas: 26% !!!
• Entonces…¿cuál es el problema?
3
Consumo de agua en el mundo
(2009)
m3/hab·año
4
Ciclo del agua
5
Usos del agua
• Doméstico: alimentación, lavado, higiene
• Público: hospitales, colegios, limpieza de calles, fuentes públicas, riego de
jardines
• Industria y servicios
• Agricultura y ganadería
• Producción de energía eléctrica
• Comunicaciones fluviales
• Deporte y ocio
6
Usos y consumos
7
Contaminación del agua
• Contaminación orgánica o biológica  peligro para la salud.
•
Produce la proliferación de microorganismos en alcantarillados, que causan
enfermedades como el cólera, la fiebre tifoidea y la hepatitis, las que se
adquieren principalmente por beber agua contaminada o por consumir frutas
o verduras regadas con agua contaminada.
• Excrementos, fertilizantes y detergentes  nitrógeno y fosfato 
crecimiento acelerado de algas: eutrofización
•
Cuando las algas mueren, se depositan en el fondo y sirven como alimento
para las bacterias
•
↑ de la cantidad de bacterias en el agua
•
↑ el consumo de OD
•
↓ el OD disponible para los otros seres vivos del agua (insectos y peces)
8
9
Necesidad del tratamiento del agua
•
•
•
•
•
Crecimiento demográfico
↑ Contaminación del agua
Crecimiento industrial
Proteger el Salud Pública y el Medio Ambiente.
Estaciones depuradoras de aguas residuales, EDAR
Reutilización del agua tratada. Existen actividades en las que no se
requiere utilizar agua potable estrictamente y que se pueden realizar con
agua tratada, sin ningún riesgo a la salud, tales como:
Riego de Áreas Verdes (glorietas, camellones, jardines, centro recreativos,
parques, campos deportivos, fuentes de ornato)
o Industriales y de servicios (lavado de patios y nave industrial, lavado de flota
vehicular, sanitarios, intercambiadores de calor, calderas, cortinas de agua,
etc.).
o
• Agua de mar (salinidad), río (turbidez) y pozo (sustacias disueltas) 
potabilizadora
10
1.2 Legislación
• Aguas potables
• Aguas residuales
11
Aguas potables
• Legislación europea
o
Directiva 98/83/CE del Consejo, de 3 de
noviembre de 1998, sobre calidad de las aguas
destinadas al consumo humano.
• Legislación estatal
o
Real Decreto 140/2003, de 7 de febrero,
establecen criterios sanitarios de la calidad del
agua de consumo humano
12
Directiva 98/83/CE
• Objetivo:
o
Garantizar la salubridad y limpieza del agua
destinada a consumo humano.
Cumplir los requisitos de las partes A y B del Anexo I
o
o
o
No debe contener microorganismos y parásitos.
Valores muy restrictivos para el antimonio, arsénico, plomo, níquel e
hidrocarburos policíclicos aromáticos.
Limita la concentración de trihalometanos afectando al tratamiento de
desinfección a utilizar.
13
Directiva 98/83/CE
14
Real Decreto 140/2003
Directiva Europea 80/778/CEE → RD 1138/1990
Directiva Europea 98/83/CE → RD 140/2003
• Se aplicará a todas aquellas aguas que:
o Se suministren a través de redes de distribución públicas o
privadas, depósitos o cisternas.
o Se utilicen en la industria alimentaria.
• Se fijan valores para los parámetros a cumplir en el punto en el que se
pone el agua a disposición del consumidor.
15
Real Decreto 140/2003
• Sistema de Información Nacional de Agua de Consumo (SINAC).
http://sinac.msc.es/
o
Objetivo: disponer de un sistema informatizado para identificar (a
nivel nacional):
• la calidad sanitaria de las aguas de consumo
• las infraestructuras de los sistemas de abastecimiento, desde la
captación hasta la distribución de agua, ya sea a través de redes de
distribución públicas o privadas, cisternas y depósitos móviles o fijos
• los laboratorios que realizan el control de la calidad del agua.
o
Es obligatoria la utilización y suministro de datos en soporte
informático al SINAC para todas las partes implicadas en el suministro
de agua de consumo humano (municipios, empresas abastecedoras,
laboratorios, etc).
16
Real Decreto 140/2003
17
Real Decreto 140/2003
18
Real Decreto 140/2003
• Parámetros a controlar en el grifo del consumidor:
Parámetros
Valor
Olor
3 a 25ºC
Sabor
3 a 25ºC
Color
15 mg/l Pt/Co
Turbidez
1-5 UNF
Conductividad
2500 μS/cm
pH
6.5-9.5
Amonio (NH4+)
0.50 mg/l
Bacterias coliformes
0 UFC
E. Coli
0 UFC
Cu, Cr, Ni, Fe, Pb…
Cloro combinado residual
2.0 mg/l
Cloro libre residual
1.0 mg/l
19
Aguas Residuales
• Legislación europea
o
o
o
o
Directiva 91/271/CEE del Consejo, de 21 de mayo de 1991, sobre tratamiento de
las aguas residuales urbanas.
Directiva 98/15 CE de la Comisión, de 27 de febrero de 1998, por la que se
modifica la Directiva 91/271/CEE del Consejo en relación con determinados
requisitos establecidos en su anexo I.
Directiva 2000/60/CE (Directiva Marco)
Directiva 2008/105/CE (NCA en aguas)
• Legislación estatal
o
o
o
o
o
Real Decreto-ley 11/1995, de 28 de diciembre, por el que se establecen las normas
aplicables al tratamiento de aguas residuales urbanas. (Incorpora al ordenamiento
estatal la Directiva 91/271/CEE).
Real Decreto 509/1996, de 15 de marzo, de desarrollo del Real Decreto-ley
11/1995.
Real Decreto 2116/1998, de 2 de octubre, por el que se modifica el Real Decreto
509/1996. (Incorpora al ordenamiento estatal la Directiva 98/15 CE).
Real Decreto Legislativo 1/2001, de 20 de julio, por el que se aprueba el texto
refundido de la Ley de Aguas. (Modifica la Ley 29/1985 y la Ley 46/1999).
20
Resolución de 10 de julio de 2006, declara zonas sensibles intercomunitarias.
Aguas Residuales
• Legislación autonómica
o
o
Ley 2/1992 de 26 de marzo del Gobierno Valenciano, de saneamiento
de las aguas residuales urbanas de la Comunidad Valenciana
Orden de 30 de agosto de 2002, por la que se declaran zonas sensibles
en las aguas marítimas de la C.V.
21
Directiva 91/271/CEE
• Objetivo: Proteger al medio ambiente de los efectos negativos de los vertidos
de las aguas residuales urbanas y procedentes de algunos sectores industriales.
•
Definiciones:
o
o
Habitante equivalente: Carga orgánica biodegradable con una DBO5= 60
gO2/día.
Tratamiento primario: Proceso físico y/o químico (sedimentación u otros
procesos) que cumpla:
Reducción DBO5 ≥ 20% antes del vertido
o Reducción SST ≥ 50% en el agua de entrada
o
o
Tratamiento secundario: Tratamiento que incluya:
Trat. Biológico + Sedimentación Secundaria, o
o Proceso con el que se cumpla Cuadro 1 (Anexo I)
o
o
Eutrofización: Aumento de nutrientes en el agua (N y P) que provoca un
crecimiento :
• acelerado de algas y
• de especies vegetales superiores
22
Directiva 91/271/CEE
• Requisitos de vertido de EDAR
(Cuadro 1 - Anexo I)
•
Parámetro
Concentración
% reducción
DBO5
25 mgO2/l
70-90
DQO
125 mgO2/l
75
SST
35 mg/l
90
Requisitos de vertido de EDAR en zonas sensibles*. Limita la
concentración de N y/o P **
(Cuadro 2 - Anexo I):
Parámetro
10000-100000 h-e >100000 h-e
N total
15 mgN/l (70-80%) 10 mgN/l (=%)
P total
2 mgP/l (80%)
1 mgP/l (=%)
(*) Determinación de zona sensible (Anexo II Directiva 91/271/CEE)
(**)
Según la situación local se podrán aplicar uno o los dos parámetros (Directiva 98/15/CE)
23
Catálogo de zonas sensibles
Estado
% Población total
(miles de h-e)
% Zonas
sensibles
Austria
4.4
0
Bélgica
2.2
80.6
Dinamarca
2.0
100
Finlandia
0.9
100
Francia
16.6
29.2
Alemania
30.4
78.7
Grecia
2.4
20.6
Irlanda
0.9
4.3
Luxemburgo
0.2
100
Holanda
4.1
100
Portugal
3.8
11.1
España
17.5
6.3
Suecia
1.8
100
18.0
5.5
Reino Unido
24
Directiva 91/271/CEE
•
Otros aspectos a destacar:
o Establece plazos temporales, en función del nº de h-e, para la construcción de:
• Colectores (Art. 3 – Aptdo. 1)
• EDARs (Art. 4 – Aptdo. 1)
o
o
h-e
Fecha límite
> 15.000
31/12/2000
2.000<h-e<15.000
31/12/2005
h-e
Fecha límite
> 15.000
31/12/2000
10.000<h-e<15.000
31/12/2005
2.000<h-e<10.000
Vertido a aguas dulces
31/12/2005
En el diseño de la EDAR se debe tener en cuenta las variaciones estacionales de carga
(Art. 10).
Requisitos para el vertido de aguas residuales industriales a colectores (Anexo I –
Aptdo. C):
• No obstaculizar el sistema de colectores ni el tratamiento de la EDAR.
• Garantizar la evacuación de lodos.
o
Establece (Anexo I – Aptdo. D):
• Nº mínimo de análisis a realizar (en función del nº de h-e).
• Nº de muestras que no cumplan los requisitos (en función del total de análisis realizados).
25
Directiva 2000/60/CE (Directiva Marco)
• Objetivo:
Establecer un marco para la protección de las aguas superficiales
continentales, aguas de transición, costeras y subterráneas.
o
o
o
Prevenir deterioro adicional y proteger y mejorar el estado de los
sistemas acuáticos.
Promover uso sostenible del agua  protección a largo plazo de los
recursos hídricos.
Reducción y/o supresión de los vertidos, emisiones y pérdidas de
sustancias peligrosas prioritarias.
• Definiciones:
Contaminante: Sustancia que pueda causar contaminación (Anexo VIII).
o Sustancias peligrosas: Sustancias tóxicas, persistentes y que pueden causar
bioacumulación.
o Sustancias prioritarias: Sustancias que presentan un riesgo para el medio
acuático o a través de él (Anexo X).
o
26
Directiva 2000/60/CE (Directiva Marco)
27
Directiva 2008/105/CE (NCA)
28
Directiva 2008/105/CE (NCA)
29
Real Decreto Legislativo 1/2001
Texto refundido de la Ley de Aguas
• Objetivo: Regulación del dominio público hidráulico y del uso del agua.
o Objetivo de protección:
• Prevenir del deterioro del estado ecológico y la contaminación de
las aguas
• Establecer programas de control de calidad en cada cuenca
hidrográfica
• Impedir la acumulación de compuestos tóxicos o peligrosos en el
subsuelo, capaces de contaminar las aguas subterráneas
• Recuperar los sistemas acuáticos
• Queda prohibida toda actividad susceptible de provocar la
contaminación o degradación del dominio público hidráulico.
30
Real Decreto Legislativo 1/2001
Texto refundido de la Ley de Aguas
• Definiciones:
o
Dominio público hidráulico:
• Aguas continentales superficiales y subterráneas renovables
• Cauces de corrientes naturales, continuas o discontinuas
• Lechos de lagos y lagunas y los de los embalses superficiales en cauces
públicos
• Acuíferos subterráneos
• Aguas procedentes de desalación de agua de mar, una vez se incorporen a los
elementos señalados anteriormente.
o Contaminación: La acción y efecto de introducir materias o formas de energía
que, de modo directo o indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su
calidad.
o Vertido: Aquel que se realice directa o indirectamente en las aguas continentales,
así como en el resto del dominio público hidráulico. Queda prohibido el vertido de
aguas y de productos residuales susceptibles de contaminar las aguas.
o Autorización de vertido: Establecerá las condiciones en que deba realizarse el
vertido. Deberá especificar las instalaciones necesarias así como los límites que se
impongan a la composición del efluente y el importe del canon de control de
vertido. Validez máxima de 5 años.
31
Real Decreto Legislativo 1/2001
Texto refundido de la Ley de Aguas
• Definiciones:
o
Canon de control de vertidos: Los vertidos al dominio público hidráulico
estarán gravados con una tasa destinada al estudio, control, protección y
mejora del medio receptor de cada cuenca.
• Serán sujetos pasivos del canon, quienes lleven a cabo el vertido.
• El canon de control de vertidos será independiente de los cánones o tasas que
puedan establecer las CC.AA o Corporaciones Locales para financiar las obras de
saneamiento y depuración.
• El importe se calcula:
Canon = V · Punitario = V · Pbásico · K
V : volumen de vertido autorizado (m3)
Pbásico : precio básico por m3
ARU: 0,01202 €
ARI: 0,03005 €
K : Coeficiente de mayoración o minoración. Depende de la naturaleza,
32
características y grado de contaminación del vertido. (K≤4).
Resolución 10 julio 2006
Zonas Sensibles Cuencas Hidrográficas Intercomunitarias (Ámbito C.V.)
• Confederación Hidrográfica del Segura:
El Hondo de Elche Crevillente
o Lagunas de Torrevieja y La Mata
o
• Confederación Hidrográfica del Júcar
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Embalse de Tous
Albufera
Marjal Cabanes
Marjal Pego-Oliva
Lagunas de Santa Pola
Embalse de Beniarrés (Alcoy)
Embalse de Forata (Utiel-Requena)
Embalse de Alcora y de María Cristina
Embalse de Bellús (Ontinyent-Albaida-Alfarrasí-Beniganim-Aielo de Malferit)
Revisables cada 4 años
33
Ley 2/1992, de Saneamiento
• Objetivo:
Traspaso de competencias en materia de depuración y
saneamiento.
o Garantizar la actuación coordinada y eficaz entre las distintas
Administraciones Públicas.
o Reutilización de las aguas residuales de la C.V, si es posible.
o Creación de la Entidad Pública de Saneamiento de Aguas
Residuales de la C.V.
o
• Comprende:
o Gestión y explotación de las EDAR.
o Construcción de:
• EDAR
• Sistemas de colectores que unan las EDAR con las redes de
alcantarillado.
o Recaudar, gestionar y distribuir el canon de saneamiento.
34
Ley 2/1992, de Saneamiento
• Canon de Saneamiento
Para financiar los gastos de construcción, gestión y explotación de EDAR.
o Deben pagarlo las personas físicas o jurídicas y/o Entidades que consuman
agua.
o Se paga con el recibo de suministro de agua.
o Está referido al volumen de agua teniendo en cuenta:
o
• Población (según nº de habitantes)
• Tipo de uso:
– Doméstico
Cuota de consumo
Población (hab) Cuota de servicio
3
(€/año)
(€/m )
< 500
0
0
500-3.000
20,40
0,202
3.001-10.000
26,77
0,253
10.001-100000
31,67
0,298
>100000
34,32
0,342
– Uso industrial
» Cuota de servicio: 84,54 € /año (contador 13 mm calibre)
» Cuota de consumo: 0,414 €/m3
– Pozos: En función consumo doméstico o ramo actividad industrial
• Factores particulares para cada industria:
Agua incorporada al producto.
o Carga contaminante.
o Deducciones por propia depuración.
o
35
Ley 2/1992, de Saneamiento
• Entidad Pública de Saneamiento de Aguas Residuales de la
Comunidad Valenciana:
Entidad de derecho público
o Dependiente de la Generalitat a través de la Conselleria Conselleria Medio
Ambiente, Agua, Urbanismo y Vivienda
o La ley establece su naturaleza, régimen jurídico y económico, estructura y
patrimonio
o Encargada de:
o
• Construcción, gestión y explotación de las EDAR.
• Gestión (cobro) del Canon de Saneamiento
– Se fija anualmente
– Se incluye en el recibo del agua
http://www.epsar.gva.es
36
Vertido a red municipal
•
Cada municipio podrá fijará sus valores
de vertido
37
Orden 30 de Agosto de 2002
• Zonas sensibles en aguas marítimas de la
Comunidad Valenciana
o
o
o
o
o
o
Frente litoral Parque Natural del Prat de Cabanes
(Torreblanca)
Bahía de Benicassim
Bahía de Cullera
Frente litoral Parque Natural del Montgó
Frente litoral Parque Natural del Penyal d’Ifac
Frente litoral Parque Natural de las Salinas de Santa
Pola
38
Reutilización agua para riego
39
Vertidos
• Vertido a DPH
Autorización C.H.
o Canon control de vertido
o Canon de saneamiento
o
• Vertido al mar
o
Autorización Conselleria Medio Ambiente, Agua,
Urbanismo y Vivienda Canon de saneamiento
• Vertido a alcantarillado
Ordenanzas municipales (municipio/polígono)
o Canon de saneamiento
o
40
1.3 Caracterización de las aguas
• Características físicas del agua
o
o
o
o
o
Turbidez
Sólidos suspendidos
Color
Gusto y olor
Temperatura
• Características químicas del agua
Materia inorgánica
o Materia orgánica
o Gases
o
• Características biológicas del agua
Organismos presentes
o Contaminantes biológicos
o Parámetros biológicos
o
41
Características físicas del agua
Test
Abreviación/Definición
Uso
Turbidez
UNF - NTU
Valorar la “claridad” del agua
Potencial de reutilización de un agua
residual.
Sólidos:
Sólidos totales
Sólidos volátiles tot.
Sólidos susp.
Sólidos susp. volát.
Sólidos disueltos
totales
Sólidos sedimentables
ST
SVT
SS
SVS
SDT
mg/L
Determinar el tipo de proceso más
adecuado.
SDT: idoneidad para usos públicos, o
agrícolas.
Sólidos que sedimentan en un determinado
tiempo; diseño de sedimentadores.
Color
Escala de tonos
amarillos
Determinar la presencia de agentes
colorantes
Marrón claro, gris,
negro
Determinar la condición de un agua residual
Olor y sabor
MDTOC*
Determinar si los olores serán
problemáticos.
Temperatura
°C
Diseñar procesos de tratamiento biológico;
42
calidad del agua en el medio natural
- aparente
- verdadero
Turbidez
• Se utiliza para caracterizar aguas de abastecimiento y
aguas residuales después de ser tratadas.
• Es una medida de la absorción o dispersión de la luz en
el agua.
• Aunque está generada por la presencia de sólidos en
suspensión no guardan una relación directa.
• Problema de la turbidez: Los sólidos suspendidos
actúan como centros activos favoreciendo la adsorción
de sustancias y microorganismos.
• Se mide fotométricamente y sus unidades son NTU,
(Max. Potable=5 NTU).
43
Sólidos I
• Parámetro de elevada importancia en la caracterización de aguas
residuales.
• Los sólidos se pueden clasificar atendiendo a distintos criterios que
se superponen:
o
o
o
o
Tamaño
Sedimentabilidad
Temperatura de calcinación
Biodegradabilidad
44
Sólidos II
Procedimiento experimental
105 ºC
105 ºC
550 ºC
105 ºC
550 ºC
45
Sólidos III
• Volátiles ≈ Materia orgánica (Biodegradable + No Biodegradable)
• No Volátiles ≈ Materia inorgánica
• Problemas:
o Actúan como centros activos favoreciendo la adsorción de sustancias y
microorganismos.
o Dificulta el paso de la luz y da color
46
Color
• Caracteriza:
o Aguas de abastecimiento
• Clasificación:
o Color aparente = Debido SS
o Color verdadero = Debido SD
• Fuentes:
o Origen natural (hojas, piñas…)
o Origen artificial (industria textil…)
• Problemas:
o Inaceptable para el consumo humano e industrial
• Medida:
o Se compara con materiales coloreados estandarizados.
47
Olor y sabor
• Caracteriza:
o Aguas de abastecimiento
• Fuentes:
o Sustancias que entran en contacto con el agua
• Problemas:
o Rechazo por asociación con agua contaminada
o Algunas sustancias orgánicas son cancerígenas
• Medida:
o Umbral de sabor y olor (catadores)
48
Temperatura
• Fuentes:
o Agua de refrigeración de centrales térmicas, nucleares e industrias.
o Temperatura ambiente.
• Problemas:
o Diversidad de especies biológicas.
o Afecta a la solubilidad de los gases en el agua (O2)
(↑T↓solubilidad)
o Afecta a la solubilidad de las sales minerales
o Afecta a la velocidad de reacción de los compuestos químicos y de
los procesos biológicos
o Diseño de los procesos de tratamiento biológico
49
Características químicas del agua I
Test
Abreviación/Definición
Uso
Ca2+, Mg2+, Na+
Determinar la razón de
adsorción de sodio
(reutilización agrícola)
Constituyentes inorgánicos
Calcio, magnesio, sodio
R.A.Na =
Cloruro
Nitrógeno
Nitrógeno org.
Amoníaco
Nitritos
Nitratos
Nitrógeno kjeldahl total
Fósforo
Fósforo total
Fósforo org.
Fósforo inorg.
Cl-
N org
NH3
NO2NO3NKT
Na
(Ca + Mg) / 2
Determinar la idoneidad de
un agua residual para su
reutilización agrícola.
Medir los nutrientes
presentes y el grado de
descomposición; las formas
oxidadas pueden ser
tomadas como medida del
grado de oxidación.
´´
PT
P org
P inorg
50
Características químicas del agua I
Test
Abreviación/Definición
Uso
Constituyentes inorgánicos (Continuación)
Sulfato
SO42-
Valorar la tratabilidad
anaerobia.
Alcalinidad
Σ (HCO3- +
2 CO32- + OH-)
Medir la capacidad
tamponante.
pH
pH = log 1/[H+]
Medir la acidez o basicidad.
Metales pesados
Valorar la reutilización de un
agua residual y la toxicidad
en los tratam.
51
Cationes y aniones disueltos
• Cationes:
o
o
o
o
Calcio (Ca2+)
Magnesio (Mg2+)
Sodio (Na+)
Potasio (K+)
• Aniones:
o
o
o
o
Bicarbonato (HCO3-)
Sulfato (SO42-)
Cloruro (Cl-)
Nitrato (NO3-)
• Fuentes:
o Contacto del agua con depósitos minerales.
o Actividad de algas y bacterias.
• Problemas (Dureza: Ca y Mg):
o Formación de costras en las conducciones de agua caliente
o Aumento de la dosis de jabón
52
Nutrientes
• Todos los organismos necesitan para crecer N y P por
eso se les denomina nutrientes.
• El vertido de aguas residuales con N y P ha provocado
el crecimiento masivo de algas denominado
EUTROFIZACIÓN
• Consecuencias:
o
o
o
o
o
o
Reduce la biodiversidad
Grandes variaciones de O2 entre el día y la noche
Disminución de la transparencia del agua
Valores de pH elevados (8-10)
Perjudica la utilización de agua para baño
Disminución recursos pesqueros
53
Nutrientes. Eutrofización
• Clasificación:
o
o
PT (mg/l)
Clorofila a (mg/l)
Oligotrófico
< 0.015
<3
Mesotrófico
0.015 – 0.025
3-7
Eutrófico
0.025 – 0.100
7 - 40
Hipertrófico
> 0.100
> 40
Aguas continentales: nutriente limitante P. Eutrofia en situación de
escasez de N  proliferan algas cianofíceas (fijan N atmosférico)
Aguas costeras: nutriente limitante N o P.
•
Autofertilización: Cuando la acumulación de P en los sedimentos es importante puede
volver a estar disponible para ser utilizado por nuevas algas.
•
Regeneración: Complicada. Eliminar vertido de nutrientes, aumentar caudal de agua
limpia, fijar P con alúmina o FeCl3, dragado de los sedimentos
54
Nutrientes. Nitrógeno
Ciclo del nitrógeno
NTOTAL
N – Kjeldahl
N-Nítrico
NORG
NH4+
SUSP
SOLUBLE
NO2- NO3-
Fracciones del nitrógeno en el agua residual
55
Nutrientes. Fósforo
Ciclo del fósforo
Alimentación
5%
Detergentes
12%
Otros
3%
Fertilizantes
80%
Usos del fósforo
Residuos
humanos
24%
Ganadería
34%
Detergentes
10%
Otros
9%
Industria
7%
Fertilizantes
16%
Fuentes del fósforo vertido
56
Nutrientes. Fósforo
Ciclo del fósforo
Fracciones del fósforo en el agua residual
PTOTAL
PORG
SUSP
POLI-P
PO4
SOLUBLE
57
Alcalinidad
• Medida de la capacidad de una disolución para neutralizar un
ácido.
Alk = [ HCO3- ] + 2 [ CO3-2 ] + [ OH- ] - [ H + ]
58
pH
• Mide la acidez o basicidad del agua (concentración de H+)
pH = − log [H + ]
• Fuente:
o Contaminantes con grupos H+ u OH-
• Problemas:
o Afecta al equilibrio químico
o Presencia de especies biológicas
59
Metales pesados
• De gran importancia debido a su toxicidad sobre microorganismos, plantas
y animales.
• Su presencia se debe a la descarga de residuos industriales incorrectamente
tratados.
o
o
o
o
o
o
o
o
Arsénico: Proviene de la industria de detergentes plaguicidas y siderurgia. Afecta al sistema
nervioso.
Boro: Se utiliza en la industria cerámica. Tóxico para los vegetales. Complicado de eliminar, no
precipita.
Cadmio: Proviene de la minería y galvanotecnia. Muy fácil de eliminar por precipitación.
Cobre: Procede de la minería industria química y metalúrgica. Afecta a los tejidos y a la piel.
Mercurio: Proviene de la industria química. Afecta al sistema nervioso. Cuerpo humano no lo
elimina.
Plomo: Procede de la industria de pinturas, plaguicidas y cerámica. Provoca lesiones cerebrales.
Selenio: Procede de la minería. Tóxico y cancerígeno.
Zinc: Minería y galvanotecnia. Afecta al sistema clorofílico de los vegetales.
• En general, se eliminan fácilmente mediante precipitación.
60
Características químicas del agua II
Test
Abreviación/Definición
Uso
Constituyentes orgánicos
Determinar la presencia pesticidas, fenoles, surfactantes,
grasas…
Compuestos orgánicos específicos
Demanda química de oxígeno
DQO
Cantidad de oxígeno requerida para oxidar
químicamente la materia orgánica del agua.
Demanda biológica de oxígeno
límite
DBOl
Cantidad de oxígeno requerida para oxidar
biológicamente la materia orgánica.
Demanda biológica de oxígeno a
5 días
DBO5
Demanda total de oxígeno
DTO
Cantidad de oxígeno requerida para la combustión de la
materia orgánica
Carbono orgánico total
TOC
Cantidad de materia orgánica en mg C/l
Gases
Oxígeno
O2
Metano y Sulfuro de hidrógeno
H2S y CH4
Valorar los resultados de la aireación.
Valorar la producción de olores y potencial de corrosión.
61
Materia orgánica
• Componentes orgánicos naturales
o
o
o
Proteínas: Constituyente principal del tejido animal. Contienen C, H, O, N
y S. Nitrógeno en un 15% en peso.
Carbohidratos: Constituyente principal del tejido vegetal. Contienen C,
H, O. Se distinguen: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.
Fácilmente biodegradables.
Lípidos: Constituyentes de tejidos vegetales y animales. Se distinguen:
grasas, aceites y ceras. No son fácilmente biodegradables
• Componentes orgánicos sintéticos
o
Detergentes
• Sulfonatos alquil lineales con PO4-3
• Triacetato de nitrilo
• Zeolitas.
o
o
o
Pesticidas y productos para la agricultura
Disolventes orgánicos (Benceno, tolueno..)
Trihalometanos (CHCl3, CHClBr2, CHBr3…)
62
Materia orgánica. Medida
• Carbono Orgánico Total (COT)
o
o
o
Test instrumental. La muestra se evapora y se oxida a CO2
que se mide por infrarrojos. Se miden los mg C/l.
Es caro y se utiliza para aguas potables con bajas
concentraciones de materia orgánica.
Algunos compuestos no se oxidan. Valores inferiores a los
reales.
• Demanda total de oxígeno (DTO)
o
o
Test instrumental. Se produce la combustión de la muestra
en una celda y se mide el oxígeno a la salida.
Algunos carbonatos pasan a CO2. Valores superiores a los
reales
• Demanda teórica de oxígeno (DTeO)
o
o
Es un cálculo estequiométrico basado en conocer la
fórmula del compuesto.
No se utiliza casi nunca porque es muy poco probable
conocer la fórmula de los compuestos.
63
Materia orgánica. Medida
• Demanda química de oxígeno (DQO)
o
o
Oxígeno necesario para oxidar químicamente la materia
orgánica.
Oxidación con dicromato, 2 horas a 140ºC, en medio ácido
y catalizado por plata
CaHbOc + Cr2O72- + H+ Cr3+ + CO2 + H2O
o
o
Se valora el dicromato y se convierte a mgO2/l
Inconvenientes:
• No distingue entre materia orgánica biodegradable y no
biodegradable.
• Interferencias: nitrito y cloruros. Se añade para evitarlo HgSO4 que
es caro.
• Residuo tóxico porque contiene plata y mercurio.
64
Materia orgánica. Medida
• Demanda biológica de oxígeno (DBO)
o
o
o
Oxígeno necesario para oxidar biológicamente la materia orgánica.
Información acerca de la biodegradabilidad de la materia orgánica y del
impacto que tendría en el medio acuático.
Limitaciones:
• Posible interferencia de procesos biológicos paralelos (nitrificación…)
• Necesidad de disponer de microorganismos adaptados al agua problema
(inóculo)
• Prolongado tiempo de ensayo. Mínimo 5 días.
65
Materia orgánica. Medida
Materia
Orgánica
Oxidación (1)
Productos
finales
Energía
Materia
Síntesis celular (2) Celular
Respiración
endógena (3)
Residuo
orgánico
(1) C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + Energía
(2) COHNP + O2 + Energía  C5H7O2NP0.2
(3) C5H7O2NP0.2 + 5 O2  5 CO2 + NH3 + H2O
66
Materia orgánica. Medida
• Demanda biológica de oxígeno (DBO)
67
Gases
• Oxígeno (O2):
o
Valorar los resultados de la aireación.
• Metano, amoniaco sulfuro hidrógeno (CH4, NH3 y
H2S):
o
Valorar la producción de olores y potencial de corrosión.
68
Características biológicas del agua
• Clasificación de los microorganismos
o
o
Clasificación taxonómica (posición escala evolutiva)
Clasificación trófica (fuente de carbono)
• Autótrofos
• Heterótrofos
o
Clasificación trófica (aceptores de electrones)
• Aerobios
• Anaerobios
• Facultativos
• Principales microorganismos
o
o
o
o
o
Bacterias: Más importantes en el proceso de depuración (80-90%).
Hongos: No participan en la depuración.
Algas: Proceso de depuración denominado lagunaje.
Protozoos: Contribuyen a la depuración (10%). Indican un flóculo bien formado.
Asquelmintos:
• Nemátodos: Gusanos (enfermedades)
• Rotíferos: Indican buenos niveles de depuración.
o
Virus: Transmisión de enfermedades
69
Aguas Residuales Urbanas (A.R.U.)
• Parámetros básicos para el diseño de una EDAR urbana:
o
o
o
Materia orgánica (medida como DQO o como DBO5),
Sólidos suspendidos (incluyendo su fracción volátil y dentro de éstos
los biodegradables)
Nutrientes principales (N y P) necesarios para el proceso biológico
70
Aguas Residuales Urbanas (A.R.U.)
71
Caudal de aguas residuales
• Determinación caudal medio:
o
o
Aproximar al caudal de agua abastecida (no es el mismo).
Medir el caudal una vez construido el sistema de colectores.
• Considerar variaciones estacionales y variaciones intradiarias.
• Caudal punta:
o
Factor punta abastecimiento > Factor punta residual (red de
saneamiento lamina caudales vertidos provenientes de la red de
distribución)
• Poblaciones grandes (1 mill hab.)  Qmax/Qmed = 1.3
• Poblaciones pequeñas (≤ 20000 hab.)  Qmax/Qmed = 2.0
o
Si no se dispone de caudal punta, se calcula:
2.575
F = 1.15 + 1 / 4
Q med
Qmed en m3/h
72
Aguas Residuales Urbanas (A.R.U.)
• Para el diseño de la depuradora es importante saber si se
produce variación en la calidad.
• También se habla de puntas de contaminación que suelen
coincidir con las puntas de caudal
73
1.4 Métodos de tratamiento de las
aguas
• Clasificación
o
En función del agente responsable
• Operaciones unitarias físicas.
• Procesos unitarios químicos.
• Procesos unitarios biológicos.
o
En función del orden de aplicación
• Pretratamientos: Elimina lo que puede perjudicar instalaciones
posteriores.
• Tratamientos primarios: Elimina sólidos suspendidos y los
contaminantes asociados.
• Tratamientos secundarios: Elimina materia orgánica
biodegradable (Proceso biológico más decantador).
• Tratamientos terciarios: Elimina patógenos y los
contaminantes (MO, SS, N y P) no eliminados antes.
74
Oreden de tratamiento
• Pretratamientos: eliminar elementos grandes, arenas, grasas, flotantes, etc.,
que pueden perjudicar a las instalaciones: rejas, desarenadoresdesengasadores, etc.
• Tratamientos primarios: eliminación de sólidos suspendidos y contaminantes
asociados (metales, etc.): decantación, flotación, coagulación-floculación y/o
precipitación química.
• Tratamientos Secundarios: eliminación de la materia orgánica
biodegradable: fangos activados, biodiscos, lagunas aireadas, filtros
percoladores, lagunage, etc.
• Tratamientos Terciarios o avanzados: eliminación de patógenos, nutrientes y
de componentes específicos para posibilitar la reutilización del agua:
desinfección, osmosis, filtración, ozonización, etc.
• Tratamiento de los fangos: estabilización y deshidratación
75
Esquema de tratamiento A.R.
Distribución en planta típica:
76
Operaciones y procesos de tratamiento
Aguas Potables
77
Operaciones y procesos A.R.
UV
78
Métodos de tratamiento a utilizar
CONTAMINANTES
POSIBLE TRATAMIENTO
Sólidos suspendidos
Rejas
Filtración
Grasas y aceites
Flotación
Comp. orgánicos biodegradables
Fangos activados
Filtros rotativos
Sistemas de lagunaje
Organismos patógenos
Cloración
Nutrientes:
Nitrificación-Desnitrificación
Intercambio iónico
Eliminación biológica
Tratamiento físico-químico
Nitrógeno
Fósforo
Sedimentación
Flotación
Coagulación/sedimentación
Ultrafiltración
Filtros percoladores
Lagunas aireadas
Filtros de arena
Ozonización
Comp. orgánicos no biodegradables
Adsorción con carbón
Ozonización terciaria
Tratamiento con ozono y radiación ultravioleta
Metales pesados
Precipitación química
Sólidos inorgánicos disueltos
Intercambio iónico Osmosis inversa Electrodialisis
79
Intercambio iónico
1.5 Esquemas de tratamiento
• Sistema de tratamiento: Combinación de operaciones y
procesos unitarios encaminadas a obtener una calidad final
del agua.
• Se estudian por separado para entender mejor sus
fundamentos.
• Siempre existen diversas alternativas. Los factores de
decisión serán:
o
o
o
o
o
o
o
o
Calidad final del agua.
Experiencia del diseñador.
Normativas existentes.
Suministro de equipo.
Instalaciones ya existentes.
Personal cualificado.
Costes iniciales de construcción.
Costes futuros de operación.
80
Esquema de
tratamiento A.P.
81
Planta tratamiento A.P.
82
Planta tratamiento A.P.
83
Planta tratamiento A.P.
84
Esquema de
tratamiento A.R.
85
Esquema de tratamiento A.R
86
Planta tratamiento A.R.
87
Planta tratamiento A.R.
88
Planta tratamiento A.R.
89
Planta tratamiento A.R.
90
Esquemas tratamiento A.R.
91
Planta tratamiento A.R.
92
Planta tratamiento A.R.
93
Planta tratamiento A.R.
94
Planta tratamiento A.R.
95
Planta tratamiento A.R.
96
1.6 Gestión sostenible de la calidad del
agua
• Concepto de sostenibilidad:
“aquel que satisface las necesidades actuales sin comprometer la
capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias
necesidades”
• Observatorio de la sostenibilidad en España
(http://www.sostenibilidad-es.org/es/informes/informes-tematicos/agua-ysostenibilidad-funcionalidad-de-las-cuencas)
97
Gestión sostenible de la calidad del
agua
• ¿Cómo alcanzar la sostenibilidad?
•
•
•
•
↓ Consumo de energía
Procesos anaerobios
↓ Huella de carbono
↓ Producción de residuos
Valorización de los materiales del agua residual
o
o
Nutrientes:
• N: Fijar N para producir NH3 (Haber-Bosch) consume mucha
energía
• P: P peak
M.O.: convertirla en CH4 mediante procesos anaerobios
98
99