Plantas de tratamiento de aguas servidas

Vencimiento consulta pública: 2010.02.19
PROYECTO DE NORMA EN CONSULTA PUBLICA
NCh3218.c2009
Plantas de tratamiento de aguas servidas - Desinfección
Preámbulo
El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el
estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION
PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos
organismos.
Este proyecto de norma se estudió a través del Comité Técnico Sistemas para
alcantarillado, para especificar los requisitos para la desinfección, en las plantas de
tratamiento de aguas servidas.
Por no existir Norma Internacional, este proyecto de norma está basado en:
a) Norma NCh410.Of96 Calidad del agua - Vocabulario;
b) Norma UNE-EN 1085:2007 Tratamiento de aguas residuales - Vocabulario;
c) Norma UNE-EN 12255-14:2004 Plantas depuradoras de aguas residuales - Parte 14:
Desinfección; y
d) Antecedentes técnicos nacionales.
El proyecto de norma NCh3218 ha sido preparado por la División de Normas del Instituto
Nacional de Normalización.
El Anexo A no forma parte del proyecto de norma, se inserta sólo a título informativo.
I
Vencimiento consulta pública: 2010.xx.xx
PROYECTO DE NORMA EN CONSULTA PUBLICA
NCh3218.c2009
Plantas de tratamiento de aguas servidas - Desinfección
1 Alcance y campo de aplicación
Esta norma especifica los requisitos en el diseño y operación para la desinfección de los
efluentes en las plantas de tratamiento de aguas servidas.
Esta norma se aplica a las plantas diseñadas para el tratamiento de las aguas servidas
domésticas, de los servicios públicos de disposición de aguas servidas.
Esta norma proporciona información fundamental sobre los sistemas de desinfección, pero
no pretende especificar todos los sistemas disponibles.
Consultando la bibliografía se puede obtener información detallada adicional a la contenida
en esta norma.
2 Referencias normativas
Los documentos siguientes son indispensables para la aplicación de esta norma. Para
referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para referencias sin fecha se
aplica la última edición del documento referenciado (incluyendo cualquier enmienda).
EN 12255-1
EN 12255-5
EN 12255-10
EN 12255-12
Plantas depuradoras de aguas residuales - Parte 1: Principios
generales de construcción.
Plantas de tratamiento de aguas residuales - Parte 5: Procesos de
lagunaje.
Plantas depuradoras de aguas residuales - Parte 10: Principios de
seguridad.
Plantas depuradoras de aguas residuales - Parte 12: Control y
automatización.
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3 Términos y definiciones
Para los propósitos de esta norma se aplican los términos y definiciones indicados en
NCh410 y adicionalmente los siguientes:
3.1 aguas servidas tratadas: las que han recibido un tratamiento parcial o total para la
remoción y mineralización de la materia orgánica u otras materias
3.2 cuerpo receptor: cualquier tipo de medio acuático donde se descarga el efluente de
una planta de tratamiento de aguas servidas
3.3 Autoridad Competente: Autoridad estatal correspondiente que tiene competencia en su
ámbito en el control de la desinfección de las plantas de tratamiento de aguas servidas
3.4 concentración residual: concentración de un desinfectante en el efluente final de las
plantas de tratamiento de aguas servidas
3.5 condiciones de tiempo seco: período de tiempo durante el cual la influencia del agua
de lluvia o de la nieve fundida es insignificante en términos de caudal
3.6 demanda de ozono: cantidad de ozono que se requiere para conseguir una determinada
concentración de ozono residual en el efluente de una etapa de depuración. La demanda de
ozono incluye el consumo de ozono debido a la descomposición de éste y a las reacciones
que origina con los contaminantes contenidos en el agua
3.7 desinfección: tratamiento del agua con el objeto de eliminar, inactivar o reducir los
agentes patógenos, con el propósito de lograr una calidad adecuada para usos específicos
3.8 aguas servidas tratadas: las que han recibido un tratamiento parcial o total para la
remoción y mineralización de la materia orgánica u otras materias
3.9 ensayo biológico: método para determinar la radiación UV efectiva de un sistema UV,
utilizando un organismo de ensayo que haya sido calibrado. La calibración de los
organismos de ensayo se realiza en un dispositivo de laboratorio, con una radiación UV de
una intensidad homogénea y medida (ver Anexo A, [15], [20])
3.10 flujo tipo pistón: mezcla homogénea en la sección transversal del caudal sin difusión
ni dispersión en la dirección del flujo
3.11 infiltración: evacuación de las aguas residuales debidamente tratadas hacia el
subsuelo sin fines agrícolas
3.12 intensidad de UV: es el coeficiente de dividir el flujo energético de radiación UV
recibida sobre la superficie de una pequeña área infinitesimal por la superficie de dicha
área. La unidad de intensidad de UV es W/m2
3.13 licor mixto: mezcla de aguas residuales y lodos activados sometida a circulación y
aireación en el tanque o canal de aireación de una planta de lodos activados.
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3.14 lodos; fangos: mezcla de agua y sólidos separada de diversos tipos de aguas
residuales mediante procesos naturales o artificiales
3.15 lodos activos: masa biológica (flóculos) que se produce en el tratamiento de las
aguas residuales por el crecimiento de bacterias en suspensión y de otros
microorganismos bajo condiciones aerobias o anóxicas
3.16 mezclado perpendicular: mezclado vertical respecto a la dirección de flotación
3.17 planta de tratamiento de aguas servidas; PTAS: instalación para el tratamiento
físico, biológico y/o químico de las aguas servidas
3.18 radiación UV (dosis UV): la dosis UV recibida mientras dura la irradiación UV a lo
largo del recorrido de un volumen infinitesimal por la superficie de dicha área. La unidad
de intensidad de UV es W/m2
3.19 reactor UV: reactor de contenedor cerrado o sección de canal abierto con un
conjunto de lámparas UV que irradian el agua que pasa a través del reactor de UV
3.20 tanque de contacto: tanque que proporciona el tiempo de detención requerido para
que se produzcan determinadas reacciones
3.21 tiempo de contacto: tiempo durante el cual el agua residual está en contacto con
otros medios o sustancias
3.22 tiempo de retención: período teórico de tiempo durante el cual un fluido es retenido
en una unidad o sistema determinado, calculado mediante el cociente entre el volumen del
sistema dividido y el caudal de fluido, excluyendo los caudales recirculados; min, h
3.23 tratamiento preliminar: etapa del tratamiento que comprende la retirada de los
sólidos gruesos, la arena, los objetos extraños o la materia flotante, de las aguas servidas
3.24 tratamiento primario: etapa del tratamiento que comprende la eliminación de los
sólidos en suspensión de las aguas negras o pretratadas
3.25 tratamiento secundario: etapa del tratamiento mediante procesos biológicos, tales
como lodos activos u otros procesos (incluso no biológicos) que proporcionen resultados
equivalentes
3.26 tratamiento terciario: procesos de tratamiento adicionales que permiten una mayor
purificación de la que se obtiene con la aplicación de los tratamientos primarios y
secundarios
NOTA - Se recomienda que se especifique la expresión del tratamiento preciso, por ejemplo eliminación del
nitrógeno, eliminación del fósforo, lagunas de clarificación, desinfección, filtración, ya que en algunos casos el
tratamiento terciario también se puede integrar en el tratamiento secundario.
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4 Diseño
4.1 Generalidades
Los procesos de desinfección se utilizan para dar cumplimiento con la calidad
microbiológica que exige la reglamentación vigente para los efluentes. La desinfección de
los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas servidas permite que estas se puedan
utilizar en:
-
recintos de natación y otras actividades recreativas que impliquen la inmersión;
-
criaderos de mariscos;
-
riego o como agua de proceso;
-
suministro de agua potable.
La desinfección de los efluentes procedentes del tratamiento de aguas servidas se puede
obtener mediante dos mecanismos posibles:
-
inactivación de microorganismos, obteniéndose microorganismos que no se pueden
reproducir;
-
eliminación de microorganismos de un efluente (por ejemplo, por filtración), pero sin
necesidad de dejarlos inactivos.
Los proceso que se utilizan más frecuentemente para la desinfección de las aguas
servidas, mediante la inactivación de los microorganismos, son:
-
Radiación ultravioleta (UV).
-
Cloración.
-
Ozonización.
Los procesos que se utilizan más frecuentemente para la desinfección de las aguas
servidas, mediante la reducción de microorganismos son:
-
filtración con membrana;
-
balsas para la maduración del efluente;
-
filtración en el terreno.
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4.2 Planificación
4.2.1 Generalidades
La desinfección, puede ser la última etapa en el proceso de tratamiento de las aguas
servidas. Un mal diseño o una operación deficiente de los procesos realizados aguas arriba
de este proceso, afectarán la eficiencia del proceso de desinfección. Si un efluente se debe
almacenar antes de la descarga, por ejemplo, en caso de descarga a aguas de marea o de
riego, preferiblemente debería ser desinfectado después de su almacenaje, inmediatamente
antes de la descarga, con objeto de limitar la generación de patógenos.
En la planificación de los sistemas de desinfección, se debe tener en consideración lo
siguiente:
a) la reglamentación vigente;
b) nivel de desinfección que se requiere;
c) tipo de PTAS y tecnología a utilizar;
d) estabilidad y eficacia del proceso de desinfección;
e) tecnología del proceso de desinfección;
f) requisitos funcionales;
g) peligros relacionados con la seguridad;
h) impactos ambientales, por ejemplo:
i)
-
efectos sobre la calidad de los efluentes (reducción de DBO5, DQO, SS, PTOT);
-
efectos de deterioro de los desinfectantes residuales;
-
producción de subproductos tóxicos o de bioacumulación;
los requisitos de potencia.
4.2.2 Nivel de desinfección
Los procesos de desinfección deben reducir o inactivar los agentes patógenos
perjudiciales para el ser humano, hasta un nivel en el cual se reduzca al mínimo el riesgo
que las aguas servidas desinfectadas sean una fuente de infecciones, dando cumplimiento
a los niveles que indique la reglamentación vigente. Los procesos de desinfección no se
diseñan para que se eliminen los microorganismos y agentes patógenos perjudiciales para
el ser humano.
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La especificación del nivel de desinfección debe incluir los procedimientos para la toma de
muestras, el análisis y la evaluación. Se deben explicitar los criterios estadísticos para
cumplir con el nivel de desinfección que se requiere, en función de lo que establezca la
reglamentación vigente (tipo de cuerpo receptor, si existe dilución en el cuerpo receptor u
otro criterio).
4.3 Diseño del proceso
4.3.1 Generalidades
El sistema de desinfección se tiene que diseñar y dimensionar de forma que asegure que:
-
el tratamiento requerido (dosis mínima de desinfectante) se aplica a todo el afluente de
las PTAS, a excepción de aquellas que defina la Autoridad Competente (vertederos de
tormenta);
-
el nivel de desinfección requerido para el caudal efluente máximo y para la demanda
de desinfectante (condición en el caso más desfavorable).
Con respecto al régimen de reducción requerido, no se permiten cortocircuitos del
efluente (efluente que queda fuera del circuito), ni derivaciones o tratamientos
incompletos del mismo. El tratamiento que se requiere debe ser aplicado a todas las aguas
servidas, ya que la calidad microbiológica de las aguas servidas desinfectadas es muy
sensible a cualquier agua residual que no haya sido desinfectada correctamente.
NOTA - Esto se debe al hecho que la reducción requerida de organismos indicadores normalmente está en la
magnitud del 99,9% al 99,99%. Una fuga o cortocircuito del 0,01% al 0,1% de las aguas servidas o un
régimen de reducción reducido de sólo el 99% en el 1% al 10% de las aguas servidas a causa de un
tratamiento incompleto, puede hacer que se contabilicen gérmenes que ya excedían los niveles del efluente.
4.3.2 Radiación UV
La desinfección UV consiste en la aplicación de radiación UV, generada artificialmente
mediante lámparas UV en reactores UV, a las aguas servidas que se desean desinfectar.
Una dosis correcta dará lugar a una inactivación irreversible de los microorganismos, sin
que se obtengan otros efectos significativos en las aguas servidas.
NOTA - La desinfección mediante radiación UV se debe a un efecto fotoquímico. La radiación UV de longitud
de onda germicida, da lugar a la formación de dimeros de bases de timina contiguas en ácidos nucleicos. Estos
dimeros dificultan la reproducción de los ácidos nucleicos, y causan una inactivación irreversible de los
microorganismos. Si la formación de dimeros es demasiado numerosa para ser revertida mediante los
mecanismos de reparación celular.
Los sistemas de radiación UV para la desinfección de las aguas servidas se pueden
clasificar como sigue:
-
de tipo reactor UV (sistemas de flujo por gravedad en canal abierto, sistemas de
contenedor cerrado);
-
de tipo lámparas UV (lámparas de mercurio de baja o media presión);
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-
configuración de lámparas UV (lámparas alojadas en manguitos de cristal de cuarzo
sumergidas en las aguas servidas, sistemas de no contacto).
Los sistemas de radiación UV pueden estar formados por uno o más reactores UV. Estos
reactores pueden ir montados en serie o en paralelo. Para diseñar y dimensionar un
sistema de radiación UV para la desinfección de aguas servidas, se deben tener en cuenta
los siguientes parámetros específicos:
-
dosis de radiación UV mínima;
-
caudal punta;
-
transmitancia UV mínima del efluente.
NOTA - La transmitancia es la relación entre la intensidad de radiación transmitido por una muestra (I) y la
intensidad de radiación que incide sobre la muestra
La dosis de radiación UV mínima es la radiación UV que se requiere para reducir la
concentración de microorganismos en un efluente hasta el nivel de desinfección requerido,
para dar cumplimiento con la reglamentación vigente y es independiente del sistema de
radiación UV utilizado para la desinfección. La dosis de radiación UV mínima se determina
mediante:
a) el nivel de desinfección requerido, especificado en términos de:
-
concentraciones correspondientes del indicador y/o de microorganismos patógenos;
-
los procedimientos de toma de muestras y de análisis (fotorreactivación);
-
los criterios estadísticos aplicados para la aprobación.
b) las características de las aguas servidas:
-
la concentración de sólidos en suspensión;
-
las concentraciones de microorganismos antes de la desinfección.
La dosis de radiación UV mínima requerida se puede estimar tomando como base datos
experimentales, determinados mediante ensayos de haz colimado, estudios en planta
piloto, o la experiencia existente de otras instalaciones.
NOTA - Se denomina luz colimada a la luz cuyos rayos son paralelos entre sí.
Sobre la base de la dosis de radiación UV mínima, el caudal punta y la transmitancia UV
mínima, se puede diseñar y dimensionar adecuadamente un sistema de radiación UV para
que proporcione la dosis de radiación UV mínima requerida para todas las aguas servidas
que se han de desinfectar. El diseño y el dimensionamiento de los sistemas de radiación
UV son específicos para cada sistema. Los contratistas deberían proporcionar cálculos
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verificables de la dosis de radiación UV, basados en un estudio de ensayos biológicos o en
un cálculo de la distribución de la intensidad de UV, combinados como un estudio de la
distribución del tiempo de detención (estudio con trazador).
En un sistema de radiación UV, para obtener una desinfección segura y una buena
eficacia del mismo, el diseño hidráulico y la eficacia de las lámparas UV son factores muy
importantes. Para los sistemas de lámparas compensadoras UV, los contratistas deberían
proporcionar un informe pericial sobre la eficacia y la reducción del rendimiento en función
del tiempo, realizado por un organismo independiente. El diseño hidráulico de un sistema
de radiación UV debería asegurar que:
-
en ningún momento, el agua servida a desinfectar se puede derivar sin pasar por el
sistema de radiación UV; a excepción de aquella que defina la Autoridad Competente
(vertederos de tormenta);
-
todas las secciones transversales de los reactores UV son irradiadas (no se quedan
áreas en sombra);
-
el caudal hidráulico es lo más parecido posible al caudal de tipo pistón óptimo;
-
el caudal hidráulico es lo más parecido posible al mezclado perpendicular perfecto.
La eficacia de los sistemas de radiación UV declarada por los fabricantes se puede
verificar mediante:
-
estudios de análisis biológicos en conformidad a la normativa vigente (ver Anexo A,
[15], [24]);
-
estudios en una planta piloto;
-
experiencia en una planta a escala real.
Para sistemas con lámparas UV sumergidas, es necesario establecer una rutina de
limpieza para los manguitos de cristal de cuarzo de las lámparas UV. En los sistemas con
lámparas UV de mercurio a baja presión, se pueden establecer frecuencias de limpieza de
menos de una vez cada dos semanas. En los sistemas que utilicen lámparas UV de
mercurio a media presión, puede ser necesario establecer una mayor frecuencia de
limpieza.
Las lámparas UV se deben sustituir en los plazos recomendados por los fabricantes.
4.3.3 Ozonización
Un sistema de ozonización para la desinfección de aguas servidas comprende:
-
generador de ozono;
-
contactor;
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-
reactor;
-
destructor de ozono para el gas residual.
El ozono es un gas extremadamente reactivo e inestable que no se puede almacenar, y
que se tiene que producir in situ.
El ozono es tóxico. La ozonización puede dar lugar a la formación de otros subproductos
(cloratos, bromatos y peróxidos orgánicos). Cuando se diseñe una planta de ozonización,
se tiene que respetar todos los reglamentos de seguridad correspondientes a la generación
y a la manipulación del ozono.
El ozono es muy corrosivo. Todas las partes que tengan que estar en contacto con el
ozono han de ser resistentes a este gas, especialmente todas las juntas de estanquidad.
Para la eficacia del proceso de ozonización es de gran importancia la transferencia del
ozono al efluente. Esto se realiza en un contactor. Los tipos de contactores utilizados con
más frecuencia son los siguientes:
-
burbuja difundida (a corriente y contracorriente);
-
inyección de presión positiva;
-
inyección de presión negativa (venturi);
-
agitación mecánica;
-
torre de rectificación de relleno.
La eficacia de la transferencia del ozono al efluente se puede mejorar mediante un
contador multietapas que realice el contacto real del ozono y del efluente.
El reactor debería proporcionar tiempo de detención suficiente para que se completen las
reacciones de desinfección del ozono. Las condiciones de caudal en el reactor deberían
ser tan parecidas como sea posible a las de caudal de tipo pistón. Se debe evitar el
cortocircuito del caudal. El contactor y el reactor pueden ser sistemas integrados.
Debido a su toxicidad, todo el ozono residual se tiene que destruir. Todas las partes de
una planta de ozonización que soporten ozono deben formar un sistema de recipientes
cerrados ventilado únicamente por medio de un destructor de ozono. La concentración de
ozono en el gas residual tiene que estar controlada, y no debe ser mayor que 0,02 mg/m3.
En el caso que se detecte una concentración de ozono elevada (> 0,02 mg/m3), los
generadores de ozono se deben detener automáticamente. Los sistemas utilizados para la
destrucción del ozono en el gas residual incluyen:
-
destrucción térmica (T > 350°C, tR > 2 s);
-
destrucción catalítica (es decir, Paladio/CuO-MnO, T = 60°C a 80°C);
-
carbón activo (el carbón activo se oxida y se consume en la destrucción del ozono).
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La dosificación de ozono que se requiere para la desinfección dependerá del nivel de
desinfección que se necesite y de la demanda de ozono del efluente. La dosificación de
ozono necesaria para cumplir este último requisito será específica del lugar, y se debería
determinar mediante experimentos, de ser posible, antes de comenzar el diseño. Los
tiempos de contacto se deberían evaluar en una planta piloto, con el mismo tipo de
contactor que después se utilizará en la instalación a escala real. La concentración residual
de ozono en las aguas servidas debería estar dentro de la gama de 0,1 g/m3 a 1 g/m3.
4.3.4 Cloración
La utilización de la desinfección puede generar la formación de subproductos, en cuyo
caso, éstos deben cumplir con la reglamentación vigente. Cuando se considere la
reutilización de efluentes clorados, se debe tener en cuenta el impacto medioambiental de
estos subproductos.
Los cloradores para la desinfección de las aguas servidas son tecnológicamente similares
a los sistemas utilizados para la cloración del agua potable, e incluyen los sistemas
adecuados para:
-
almacenaje de los productos químicos desinfectantes;
-
preparación y dosificación de las soluciones desinfectantes;
-
mezclado de las aguas servidas y la solución desinfectante;
-
que las reacciones de desinfección se completen en los tanques de reacción,
denominados comúnmente como tanques de contacto;
-
decloración antes de la descarga, cuando lo exija la Autoridad Competente.
Los productos químicos para desinfección son tóxicos y peligrosos. Los productos más
utilizados en los cloradores son:
-
solución de hipoclorito sódico;
-
cloro gas;
-
dióxido de cloro.
Los sistemas para el almacenaje, la preparación y la dosificación de los productos
químicos para desinfección dependen del tipo de producto desinfectante que se utilice.
La solución de hipoclorito sódico se puede adquirir en concentraciones del 5% al 15%
de NaOCl. Se puede conservar en depósitos y dosificarse con bombas de desplazamiento
positivo. Es necesario prestar atención a la pérdida de acción que experimenta con el
tiempo. La pérdida del poder activo del desinfectante con cloro aumenta a medida que
suben las temperaturas.
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El cloro gas se puede almacenar en depósitos de gas presurizados. Todos los locales que
se puedan ver afectados por el cloro gas, en caso de fugas, roturas o fallos de
funcionamiento, deben estar controlados mediante detectores de cloro. Este gas se puede
dosificar, mediante sistemas de inyección de presión negativa (venturi), en una corriente
lateral derivada del efluente, dando lugar a una solución de ácido hipocloroso, que
después retorna a la corriente principal del efluente mezclándose con éste. Estos
cloradores deberían tener los componentes siguientes:
-
un regulador de presión/vacío;
-
un controlador del régimen de alimentación;
-
un dispositivo de inyección accionado mediante un venturi;
-
un caudalímetro.
El dióxido de cloro es un gas inestable que puede explotar con facilidad. No se debería
almacenar antes de ser utilizado, y se debería generar en el momento en que se necesite
para ser utilizado en la desinfección. El dióxido de cloro, en una solución del 5%
aproximadamente, se puede almacenar y utilizar. Se deben considerar las instrucciones
del fabricante. Existen diversos métodos que se pueden emplear para generar in situ la
solución de dióxido de cloro. Estos métodos incluyen las reacciones siguientes:
-
clorito sódico y cloro gas;
-
clorito sódico y ácido clorhídrico;
-
clorito sódico, ácido clorhídrico e hipoclorito sódico.
Los reactores de dióxido de cloro se deberían diseñar de manera que aseguren que existe:
-
una generación eficaz de dióxido de cloro procedente de los productos químicos
utilizados en la alimentación de los reactores;
-
una concentración baja de cloro en la solución de dióxido de cloro.
El dióxido de cloro es un bactericida eficaz para una amplia gama de valores del pH, y en
muchas circunstancias más efectivo que el cloro. Al contrario que éste, no reacciona con
el amoniaco para formar cloraminas, y la formación de compuestos AOX es
considerablemente menor con el dióxido de cloro que con el cloro. Puede dar lugar a la
formación de otros subproductos (cloratos, bromatos, etc.).
El mezclado del efluente con la solución desinfectante debe ser muy intenso y estar
terminado en un tiempo muy corto (en un período de segundos). Los sistemas de
mezclado en línea o los reactores con depósito agitado vigorosamente, con un tiempo de
detención muy corto, pueden ser soluciones adecuadas.
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Las reacciones de desinfección se completan en tanques de contacto. El objetivo de estos
tanques es mantener los microorganismos de la corriente de efluente en íntimo contacto
con los productos químicos desinfectantes, durante el tiempo que se precise. Un tanque de
contacto para desinfección debería estar diseñado de manera que se evite que el efluente
quede fuera del circuito, y debería ser tan parecido como sea posible al sistema de caudal
de tipo pistón. Normalmente será una tubería o una cámara en forma de serpentín.
La dosificación que se requiere de la solución desinfectante depende del tipo de
desinfectante que se utiliza y es específica. La dosificación del producto químico
desinfectante debería estar ajustada al caudal y al régimen de consumo de desinfectante
de las aguas servidas, con el objetivo de alcanzar una concentración residual estable en el
efluente del tanque de contacto, que cumpla con la normativa en lo referente a
coliformes. La dosificación específica del lugar que se requiere se debería determinar
mediante experimentos, de ser posible, antes de realizar el diseño. La concentración
residual para la cloración en el efluente del tanque de contacto debería ser de
aproximadamente 0,2 mg/L de cloro libre, para dar cumplimiento con la normativa vigente
en lo referente a coliformes. Con una concentración residual más baja podría ser que la
desinfección no sea completa, y para una concentración residual más alta las
consecuencias podrían ser un daño severo a la población bacteriana del agua que se
recibe y concentraciones excesivas de subproductos tóxicos en el efluente. Los efectos
negativos en el agua receptora han sido recogidos para concentraciones de cloro tan bajas
como 0,05 mg/L a 0,1 mg/L. Con objeto de reducir los efectos negativos de los efluentes
clorados en el agua receptora, estos efluentes se deberían declorar antes que sean
descargados.
4.3.5 Filtración con membrana
Los procesos de filtración con membrana que se utilizan para la desinfección de las aguas
servidas son ultrafiltración y microfiltración. Ambos procesos de filtración utilizan
membranas porosas como elemento filtrante y se comportan como filtros de criba. En la
filtración con membrana, el efluente es forzado a pasar, bajo presión, a través de los
poros de la membrana. La presión ejercida sobre la membrana es generada normalmente
por una bomba de presión situada del lado del efluente, por diferencia de altura estática, o
por una bomba de vacío situada en el lado de los fluidos filtrados. Los sistemas de
filtración con membrana incluyen los elementos siguientes:
-
módulos que contienen membranas en forma de fibras huecas, tubos, discos o
cartuchos plisados, láminas planas o enrollada en espiral y sistemas adecuados para la
distribución del efluente de entrada y para la recogida de los fluidos concentrados y de
los fluidos filtrados;
-
bombas de presión o de vacío que proporcionan la presión adecuada ejercida sobre la
membrana;
-
sistemas para limpieza por contracorriente y/o limpieza química de las membranas.
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Los procesos de filtración con membrana se caracterizan, por ejemplo, por:
-
el tamaño de los poros de las membranas (microfiltración o ultrafiltración);
-
el material de las membranas (orgánico o inorgánico);
-
el tipo de los módulos (fibras huecas, tubos, discos o cartuchos plisados, láminas
planas o enrolladas en espiral);
-
el modo de funcionamiento (filtración con extremo cerrado o filtración con corriente
cruzada);
-
el tipo de afluente de entrada (efluente decantado o licor mezclado).
En el diseño y el dimensionamiento de un sistema de filtración con membrana se deben
considerar los factores adicionales siguientes:
-
el flujo que se puede alcanzar justo antes que la membrana se someta al proceso de
lavado en contracorriente o de limpieza;
-
los procedimientos de lavado en contracorriente o de limpieza;
-
el consumo de energía.
También se debe considerar el procedimiento a seguir para desechar de forma segura los
fluidos concentrados. Estos pueden ser devueltos, para ser depurados en el proceso de
tratamiento secundario. En este caso, para el diseño y funcionamiento del proceso de
tratamiento secundario se deben considerar todas las entradas adicionales. Se debería
extremar el cuidado a fin de evitar que se formen sólidos dentro del sistema, ya que estos
se eliminan con el proceso de filtración con membrana, pero no se eliminan en el proceso
de tratamiento secundario. Un método para evitar este problema consiste en añadir
pequeñas cantidades de coagulante al concentrado.
Se debe establecer una rutina para la limpieza de la membrana. La limpieza se puede
realizar por medio de un lavado en contracorriente, por inyección de aire o por un
procedimiento químico. El intervalo entre limpiezas dependerá de la reducción del flujo o,
alternativamente, se puede basar en un período de tiempo fijo. Durante la puesta en
servicio se debería establecer un régimen de limpieza correcto. Este régimen de limpieza
se debería revisar periódicamente.
La integridad de las membranas se debería comprobar periódicamente. Se debe disponer
de un método para identificar y aislar las membranas que estén defectuosas. Las
membranas se deberían sustituir con la periodicidad recomendada por los fabricantes.
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4.3.6 Balsas de maduración del efluente
Los requisitos básicos para el diseño de las balsas de maduración del efluente son los
establecidos en EN 12255-5. El tiempo de retención debería ser de cinco días a 20 días.
El diseño de las balsas debería tener como objetivo alcanzar el flujo tipo pistón y evitar
que el efluente quede fuera del circuito. La configuración del flujo en las balsas de
maduración del efluente se puede mejorar estableciendo una amplia relación entre la
longitud y la anchura de la balsa, un diseño sinuoso de las balsas o dividiendo el volumen
a madurar entre varias balsas instaladas en serie.
NOTA - La eficacia de las balsas de maduración, generalmente es menor que las de otros procesos de
desinfección, debido a las influencias climáticas tales como la radiación solar y la temperatura.
4.3.7 Filtración en el terreno
En el diseño y el dimensionamiento de un sistema de filtración en el terreno, se debe tener
en consideración la situación hidrogeológica específica del lugar y las propiedades de
percolación locales del terreno. El lugar debería estar nivelado o situado en la cima de una
ladera convexa. El área debería estar bien drenada. Se debería evitar las depresiones, las
bases de las laderas y las laderas cóncavas. La profundidad mínima de terreno no
saturado entre el fondo del terreno y el lecho rocoso o la capa freática (en su máxima
altura estacional) debería ser 1,2 m.
Las características del terreno que se deben considerar son:
-
textura;
-
estructura;
-
permeabilidad;
-
estratificación.
El terreno arenoso o limoso es el más adecuado para la filtración en el terreno. El terreno
gravoso o arcilloso no es tan adecuado para ello. La estructura del terreno debería ser
altamente granular, con granulación cúbica o prismática. Se deberían evitar los terrenos
que sean fangosos o no estructurados. El terreno debería ser brillante y uniformemente
coloreado. Los terrenos sombríos o veteados con frecuencia indican saturación continua o
periódica y por tanto no son adecuados. Los terrenos que presenten capas distintas se
deberían evaluar cuidadosamente para verificar que el movimiento del agua no se verá
restringido.
Se deben aplicar los reglamentos locales relativos a la distancia horizontal mínima que
debe existir entre el filtro del terreno y los accidentes artificiales del mismo, y las aguas de
superficie. En estos accidentes se incluyen los pozos o aljibes para el suministro de agua,
los límites de propiedades y los cimientos de edificios.
Antes del diseño se debería realizar ensayos de percolación con objeto de establecer el
régimen de carga hidráulica que el lugar puede aceptar. Estos datos se deberían utilizar
para dimensionar el sistema de filtración en el terreno.
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5 Requisitos
5.1 Control del proceso
Se deben aplicar los requisitos establecidos en EN 12255-10 y EN 12255-12. El proceso
de desinfección de las aguas servidas se debería controlar con objeto de:
-
evitar peligros para la salud y para la seguridad de las personas, causados por fugas
incontroladas de los desinfectantes;
-
evitar los efectos negativos de los desinfectantes en las aguas receptoras, causados
por exceso de dosificación;
-
mantener una dosificación de desinfectante suficiente que cumpla en todo momento el
nivel de desinfección que se requiere;
-
optimizar los consumos de desinfectante y de energía.
Para prevenir los peligros para la salud y la seguridad de las personas causados por fugas
incontroladas de los desinfectantes, todos los locales con instalaciones que contengan
productos químicos peligrosos han de estar equipados con detectores específicos que
aseguren que, antes cualquier concentración tóxica de estos productos químicos
(ver 5.3), se producirá una interrupción temporal del proceso y una alarma. También se
tiene que controlar de la misma forma todas las corrientes de gases derivados de las
aguas residuales procedentes de estas instalaciones.
La sobredosificación de desinfectantes químicos está muy asociada con los efectos
negativos en las aguas receptoras y, con frecuencia, esto se puede evitar controlando la
dosis de desinfectante. Este método se debería aplicar en los procesos de cloración y de
ozonización. Este método reacciona a las variaciones en la demanda de desinfectante, sin
importar si son debidas a un cambio del caudal o del consumo de desinfectante en las
aguas servidas. Para controlar esto adecuadamente, los sensores que controlan las
concentraciones residuales se han de mantener y calibrar de una manera regular. El
sistema de control debería estar apoyado por una dosificación proporcional al caudal, en
caso de una interrupción de los sistemas sensores que controlan las concentraciones
residuales. Si la demanda específica de desinfectante de las aguas servidas varía solo en
un intervalo limitado, podría ser apropiada una dosificación proporcional al caudal de
desinfectante. Si debido al sistema de bombeo el caudal también es constante, un control
manual puede ser suficiente.
En los procesos de desinfección química, el mismo control que evita la sobredosis se
utiliza para mantener una dosificación de desinfectante suficiente que cumpla, en todo
momento, el nivel de desinfección requerido. En los sistemas de radiación UV, la
intensidad UV se debería controlar en un punto de referencia apropiado en cada reactor
UV para mantener una dosificación de radiación UV suficiente. Si no se alcanza la
intensidad UV requerida, se deben limpiar los manguitos de las lámparas UV o se tienen
que sustituir estas lámparas. En los sistemas de filtración con membrana, el control del
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proceso tiene que asegurar que no se produzcan fugas desde el lado del efluente hacia el
lado de los fluidos filtrados. En algunos casos, los detectores de turbiedad o los
contadores de partículas pueden ser sistemas apropiados para identificar una fuga en un
sistema de filtración con membrana.
En los sistemas de desinfección química, controlando la dosificación de desinfectante ya
se consigue el funcionamiento más económico. En los sistemas de radiación UV con más
de un reactor UV proporcional al caudal, los reactores UV se pueden conmutar a marcha o
a parada. Esto se denomina comúnmente como avance de caudal. En el avance de caudal
es necesario tener una cuenta que la conmutación frecuente a parada y marcha de las
lámparas UV reduce la expectativa de vida de éstas. En los sistemas de radiación UV con
lámparas UV de mercurio de media presión, la intensidad de las lámparas UV se puede
reducir.
5.2 Cubiertas
Se deben aplicar los requisitos establecidos en EN 12255-1. Las cubiertas se deben
diseñar de manera que sean resistentes a la corrosión. Esto se aplica particularmente a los
procesos de desinfección cuando el desinfectante o sus subproductos son corrosivos.
Todos los espacios cerrados deben disponer la ventilación adecuada.
5.3 Salud y seguridad
El diseño y el funcionamiento de un sistema de desinfección deben asegurar que no existe
amenaza para la salud y la seguridad del público en general o de los operadores de la
planta. Todos los operadores de la planta deben tener información en cuanto a los
aspectos de salud y seguridad relativos al sistema de desinfección con el que están
trabajando.
En algunos procesos de desinfección, los aspectos relativos a la salud y la seguridad
merecen una consideración especial debido a la implicación de:
-
la generación y/o aplicación de productos químicos particularmente tóxicos para el ser
humano;
-
el equipo de alto voltaje;
-
la radiación UV;
-
que puede existir equipo eléctrico frágil sumergido en el efluente.
Entre los productos químicos utilizados en los procesos de desinfección que son
particularmente tóxicos para el ser humano, se incluyen:
-
cloro gas;
-
dióxido de cloro gas;
-
ozono.
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Entre los riesgos para la salud y la seguridad asociados con la generación y/o aplicación
de productos químicos tóxicos en los procesos de desinfección se incluyen:
-
la exposición a gases tóxicos;
-
la exposición a líquidos tóxicos o corrosivos;
-
las explosiones causadas por la conservación de gases a presión;
-
el fuego y las explosiones causadas por la generación de gases inflamables;
-
el fuego y las explosiones causadas por el almacenaje de oxidantes potentes o de
oxígeno.
Con objeto de reducir al mínimo el riesgo de estos peligros potenciales, se deben aplicar
normas de seguridad adecuadas.
Los procesos de desinfección en los que tenga lugar la generación y/o aplicación de gases
particularmente tóxicos para el ser humano, se deben diseñar y operar de manera que no
se superen los límites de exposición ocupacional a estos gases, establecidos en la
reglamentación vigente. Los edificios donde estos gases se utilicen, generen o almacenen
deben estar controlados de forma regular, y deben estar dotados de los equipos
adecuados para hacer frente a los escapes de gas. El equipo de seguridad (máscaras
antigás, etc.) tiene que estar disponible en su sitio. Los procesos de evacuación deben
estar preparados y se deben ensayar de forma regular.
Las radiaciones UV pueden causar irritaciones en los ojos y en la piel. Los sistemas de
radiación UV deben estar diseñados de forma que las radiaciones UV no puedan incidir
directamente en los ojos o la piel. Los dispositivos deflectores de luz y los disyuntores
eléctricos son sistema adecuados para evitar la radiación UV directa en los ojos y la piel.
Registro
En la planta se debe llevar un registro de la dosificación aplicada y de los análisis de las
muestras tomadas en el efluente de las PTAS.
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Anexo A
(Informativo)
Bibliografía
Los documentos siguientes contienen detalles que se pueden utilizar en el marco de esta
norma.
Normas europeas
[1]
EN 170
Protección individual de los ojos - Filtros para el ultravioleta Especificaciones del coeficiente de transmisión (transmitancia y
uso recomendado.
[2]
EN 938
Productos químicos utilizados en el tratamiento del agua
destinada al consumo humano - Clorito de sodio.
[3]
EN 939
Productos químicos utilizados en el tratamiento del agua
destinada al consumo humano - Acido clorhídrico.
Directivas UE
[4]
Directiva 76/160/CEE, del Consejo, de 8 de diciembre de 1975, relativa a la calidad
de las aguas de baño - Diario Oficial L31.8 (1975). Modificada por la Directiva
91/692/CEE de 23 de diciembre de 1991.
Requisitos Nacionales Extranjeros
Austria
[5]
ÖNORM M 5873-1 Anlagen zur Desinfektion von Wasser mittels UltraviolettStrahlen - Anforderungen und Prüfung - Anlagen mit
Quecksilberdamps-Niederdruckstrahlern.
[6]
ÖNORM M 5878
[7]
ÖNORM M 5879-1 Anforderungen an Chlorungsanlagen zur Wasserbehandlung Chlorgas-Anlagen.
[8]
ÖNORM M 5879-2 Anforderungen an Chlorungsanlagen zur Wasserbehandlung;
Anlagen zur Desinfektion un Oxidation durch Chlorverbindungen
und deren Lösungen.
18
Anforderungen an Ozonungsanlagen zur Wasseraufbereitung.
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[9]
ÖNORM M 5879-3 Anforderungen an Chlorungsanlagen zur Wasserbehandlung Chlorgas-Anlagen.
Alemania
[10] DIN 19606
Chlorinators for water treatment; equipment, installation and
operation.
[11] DIN 19627
Ozone-plants for water treatment.
[12] ATV M 205
Desinfektion von biologisch gereinigtem Abwasser, (1998)1).
[13] DVGW W 224
Chlorine dioxide in water treatment2).
[14] DVGW W 293
UV-systems for the disinfection of drinking-water (10/94)2).
[15] DVGW W 294
UV-systems for the disinfection in drinking-water supplies Requirements and testing2).
[16] DVGW M 623
Dosage-installation for disinfecatnt and oxidising agent; dosageinstallation for chlorine2).
[17] DVGW M 624
Feeders for disinfectans and oxidation agents - Feeders for
chlorine dioxide2).
[18] DVGW W 625
Plants for the production and dosage of ozone2).
[19] ZH 1/474
Richtlinien für die Verwendung won Ozon zur Wasseraufbereitung.
[20] Pfeiffer, W.; Ultraviolet desinfection technology and assessment; European Water
Management, Vol. 2, N° 1 (1998) - special issue on parasites and pathogens.
[21] Bernhardt et al, Desinfektion aufbereiteter Oberflächenwässer mit UV-Strahlen erste Ergebnisse des Forschungsvorhabens, gwf - Wasser - Abwasser 133. (1992),
Nr. 12, S. 632-643.
[22] Sabert et al, Membranfiltration zur Keim- und P-Elimination im Ablauf kommunaler
Kläranglagen, in: Rautenbach et al, Möglichkeiten und Perspektiven der Membrantechnik
bei der kommunalen Abwasserbehandlung und Trinkwasseraufbereitung, A8, 1-14,
Aachen (1997).
1)
Disponible en: Gesellschaft zur Förderung der Abwassertechnik e. V. (GFA), Postfach 1165, 53758 Hennef.
2)
Disponible en: Wirstschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH.
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Francia
[23] Fascicule 81, titre II: Fascicule interministériel applicable aux marches publics de
travaux de génie civil (CCTG). Conception et exécution des installations d’épuration
d’eaux usées.
USA
[24] EPA
Ultraviolet Disinfection Technology Assesssment, EPA, 832-R92-004, USA, (1992).
[25] EPA
Design Manual - Municipal
EPA/625/1-86/021, USA, (1986).
20
Wastewater
Disinfection,