El agua es un bien preciado. Para proteger nuestras fuentes de agua naturales y respaldar la producción de agua potable, primero se eliminan los contenidos y contaminantes de las todas las aguas residuales antes de devolverlas a su ciclo natural. Para tratar el agua y lograr la mejor calidad natural posible se utilizan diferentes procesos.
En general, el tratamiento de las aguas residuales se puede dividir en dos tipos básicos. En primer lugar, se eliminan del agua las sustancias problemáticas. Esto se realiza con la depuración, la desferrización, la desmanganización, la esterilización, la desalinización o el ablandamiento. En segundo lugar, se agregan sustancias de forma específica para mejorar la calidad e influir en parámetros tales como el valor del pH o la conductividad.
Tiene a su disposición varios procesos para ejecutar las diversas fases de preparación del tratamiento del agua:
Es en las plantas municipales donde se trata el mayor volumen de aguas residuales, por lo que es aquí donde se necesita una combinación más diversa y un procedimiento más eficaz. Los procedimientos utilizados dependen del tipo de planta de tratamiento.
Los procesos de tratamiento en las plantas se pueden dividir en diferentes fases.
En la primera fase se tratan mecánicamente las aguas residuales todavía sin tratar, y es aquí donde se elimina entre el 20 y el 30% de los sólidos que contienen. Para lograrlo, las aguas residuales se conducen a una planta de tamizado en la que una rejilla o tamiz giratorio filtra las impurezas gruesas, por ejemplo, hojas, papel o tejidos. Varias rejillas —desde rejillas gruesas con aberturas de varios centímetros de ancho hasta rejillas finas con aberturas de unos pocos milímetros a través de las que pasa el agua a diferentes velocidades— filtran las impurezas gruesas paso a paso. Los residuos recuperados mecánicamente en la rejilla se deshidratan y eliminan en una planta de incineración.
El agua predepurada pasa a continuación a lo que se denomina recolector de arena. En la tecnología de tratamiento de aguas residuales se utiliza un tanque de sedimentación para eliminar partículas gruesas, como piedras, trozos de cristal o arena, así como material orgánico grueso que las rejillas no han sido capaces de separar. Lo anterior ocurre a una velocidad de caudal relativamente alta de unos 0,3 m/s. Se hace una distinción entre el recolector de arena largo no aireado, el recolector de arena largo aireado —también denominado recolector de arena cilíndrico— y el recolector de arena circular.
En la mayoría de plantas de tratamiento de aguas residuales, el agua predepurada en la fase de tratamiento mecánico pasa a lo que se conoce como tanques de aireación, los cuales suelen estar diseñados como tanques de circulación. Aquí es donde se realiza la depuración biológica.
El agua se pone en circulación mediante el suministro de oxígeno y con ayuda de unas hélices. Así se crean unas áreas más o menos ventiladas en las que se generan diferentes condiciones ambientales para las bacterias y los microorganismos. Estos microorganismos se alimentan de los contaminantes orgánicos todavía presentes en el agua y los convierten en sustancias inorgánicas. Las bacterias forman flóculos de fangos activos que flotan libremente en el agua. El suministro de oxígeno estimula la proliferación de bacterias y, de este modo, favorece la formación de fangos activos. En consecuencia, este proceso de tratamiento biológico de aguas residuales también se conoce como proceso de fangos activos.
Las aguas residuales que contienen los fangos activos se vierten en el tanque secundario de tratamiento de aguas. Aquí se vuelve a reducir la velocidad del caudal de la corriente de aguas residuales y se produce una sedimentación: los fangos activos se depositan en el fondo del agua depurada, donde pueden separarse del agua limpia con unos dispositivos de depuración mecánicos que se encuentran en el fondo. Una parte de los fangos se transfiere al digestor como biomasa extra. La otra parte de los fangos, también conocidos como «fangos de retorno», se devuelven al tanque de aireación para garantizar que este tenga suficientes microorganismos para descomponer la suciedad. Después del tratamiento biológico, en torno al 90% del agua residual queda depurada de sustancias biodegradables. Dado que el oxígeno se suministra mediante compresores, la fase de depuración biológica es la que consume más energía durante todo el proceso de depuración. Cuando el agua alcanza la calidad estipulada por la ley, puede volver a su ciclo natural, por ejemplo, a un río.
En muchos otros casos, la depuración biológica no es suficiente. En estos casos es necesario llevar a cabo otros procesos de tratamiento de aguas residuales, por ejemplo, la preparación en forma de tratamiento químico. En este caso también se usan aditivos químicos.
En esta fase del tratamiento de las aguas residuales se utilizan procesos químicos para tratarlas. Para este fin se utilizan compuestos químicos para alcanzar los valores estándar del agua establecidos por ley. El tratamiento químico en plantas de tratamiento de aguas residuales incluye la neutralización, la desinfección, la precipitación de fosfatos, la eliminación de nitrógeno, el desescarchado y la desmanganización.
La neutralización se usa para producir el valor de pH estipulado y este se logra agregando un ácido, por ejemplo, HCl, o bien una base, por ejemplo, lechada de cal.
Durante la desinfección se eliminan los patógenos agregando cloro o dióxido de cloro. La irradiación de luz ultravioleta en las aguas residuales es una buena alternativa a la incorporación de productos químicos, pero se usa con menos frecuencia. Eliminación de fosfatos: Nuestras aguas residuales suelen estar contaminadas con fosfatos de detergentes, fertilizantes, aditivos alimentarios y heces. Si estos permanecen en las aguas residuales, producen la superfertilización de las masas de agua y el enriquecimiento con nutrientes, lo cual puede causar un crecimiento inútil de las plantas (eutrofización) perjudicial para el ecosistema.
Los fosfatos se eliminan mediante un proceso químico de precipitación o floculación. El la precipitación de fosfatos se activa en parte al agregar sales de aluminio o hierro en el recolector de arena o en el tanque secundario de tratamiento de las aguas residuales. Los flóculos de metal-fosfato que se forman durante esta depuración secundaria se extraen del agua residual junto con los fangos activos. En función del modo de operación, el fosfato también se puede «pescar» con la ayuda de los microorganismos de las aguas residuales. En este caso hablamos de una eliminación biológica de fósforo que, sin embargo, todavía se usa en contadas ocasiones.
La depuración química del agua también incluye la eliminación de nitrógeno: esta se usa para eliminar de las aguas residuales los compuestos de nitrógeno perjudiciales para el agua, como por ejemplo, el amoníaco y el amonio. Los compuestos de nitrógeno eliminan el oxígeno necesario para el agua y también pueden matar a los peces cuando se vierten a las masas de agua. El nitrógeno se elimina por nitrificación y desnitrificación: Durante la nitrificación, el amonio se convierte en un nitrito cuando se agregan bacterias anaerobias y oxígeno, y a continuación en un nitrato en una segunda fase. La posterior desnitrificación también se produce agregando microorganismos anaerobios. Estos descomponen el nitrato en gas nitrógeno a través de actividades enzimáticas y, a continuación, se devuelve a la atmósfera.
Desferrización: Para reducir el contenido de hierro de las aguas residuales al valor estipulado, los cationes hierro (II) se oxidan agregando oxígeno. Para iniciar el proceso de oxidación también se debe añadir sosa cáustica a las aguas residuales.
Desmanganización: El manganeso suele estar presente en las aguas residuales en forma de hidrogenocarbonato de manganeso. Al añadir oxígeno se forman compuestos de manganeso IV poco solubles que se pueden eliminar del agua con facilidad.
En la cuarta y última fase de depuración se utilizan procesos de membrana y filtro. Esta etapa de depuración se combina parcialmente con los procesos químicos de la precipitación y la floculación. Ello da lugar, por ejemplo, al método de filtración por floculación, que consiste en añadir precipitantes y floculantes a las aguas residuales para provocar la floculación de las sustancias que se van a separar. A continuación, las aguas residuales que contienen el material floculado pasan a través de un filtro textil o de arena, que las va tamizando lentamente a través de la capa de filtración. Así se eliminan incluso los sólidos orgánicos en suspensión de menor tamaño.
La nanofiltración funciona de manera muy similar. Sin embargo, comparada con la filtración normal, el agua pasa bajo presión a través de una membrana que retiene hasta las más mínimas partículas disueltas, como por ejemplo, moléculas o iones de metales pesados. Lo mismo sucede con la ósmosis inversa, en la que se aplican presiones operativas todavía más altas y membranas más finas. Los contaminantes retenidos durante la filtración, la nanofiltración y la ósmosis inversa se filtran al tratamiento de fangos en forma fangos tamizados a través del tanque primario del tratamiento de aguas residuales. Después, el agua llega a la última área de la planta de tratamiento de aguas residuales: el tanque de almacenamiento de agua tratada. Aquí se vuelven a tomar muestras de agua y se verifica su calidad. El agua depurada solo se devuelve a su ciclo natural si cumple los parámetros estipulados por ley.
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