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Agua - factores y procesos que afectan el grado de eutrofizaciÓn
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Contenido
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1. La calidad del
agua. Marco jurídico 2. Características de las aguas residuales 3. Control de
vertidos 4. Documentación administrativa de control de vertidos 5. Estación
depuradora de aguas residuales 6. Pretratamiento 7. Tratamiento físico-químico
8. Tratamiento primario 9. Procesos biológicos aerobios 10. Eutrofización 11.
Eliminación biológica de nutrientes 12. Línea de fangos 13. Destino final de
fangos 14. Diseño de procesos en digestión anaerobia 15. Desinfección de las
aguas residuales 16. Reutilización de las aguas residuales 17. Cálculos
hidráulicos 18. Gestión de depuradoras 19. Contaminación industrial 20. Proceso
de tratamientos de aguas industriales 21. Proceso de potabilización
Ingeniería de aguas residuales
Introducción: El agua, como motor de desarrollo
y fuente de riqueza, ha constituido uno de los pilares fundamentales para el
progreso del
hombre. La ordenación y gestión de los recursos hídricos, que ha sido desde
siempre un objetivo prioritario para cualquier sociedad, se ha realizado
históricamente bajo directrices orientadas a satisfacer la demanda en
cantidades suficientes, bajo una perspectiva de política de oferta. El
incremento de la oferta de agua como herramienta para el impulso económico, el
mayor nivel de contaminación, irremisiblemente asociado a un mayornivel de
desarrollo, algunas características naturales (sequías prolongadas,
inundaciones) y en definitiva una sobreexplotación de == los recursos hídricos,
han conducido a un deterioro importante de los mismos. Esto ha hecho necesario
un cambio en los planteamientos sobre política de aguas, que han tenido que
evolucionar desde una simple satisfacción en cantidad de las demandas, hacia
una gestión que contempla la calidad del
recurso y la protección del mismo como garantía de un
abastecimiento futuro y de un desarrollo sostenible. La ley de aguas de 1.985 y
su modificación por la ley 46/1.999 de 13 de diciembre, junto con la nueva
Directiva Marco europea para la política de agua suponen un cambio importante
en los conceptos y criterios utilizados en la planificación hidrológica e introducen
la calidad de las aguas y la protección de los recursos hídricos como puntos
fundamentales para estructurar dicha planificación.
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Calidad del agua. Marco jurídico
Introducción
El agua, como motor de desarrollo y fuente de
riqueza, ha constituido uno de los pilares fundamentales para el progreso del hombre. La
ordenación y gestión de los recursos hídricos, que ha sido desde siempre un
objetivo prioritario para cualquier sociedad, se ha realizado históricamente
bajo directrices orientadas a satisfacer la demanda en cantidades suficientes,
bajo una perspectiva de política de oferta. El incremento de la ofertade agua
como herramienta para el impulso económico, el mayor nivel de contaminación,
irremisiblemente asociado a un mayor nivel de desarrollo, algunas
características naturales (sequías prolongadas, inundaciones) y en definitiva
una sobreexplotación de == los recursos hídricos, han conducido a un deterioro
importante de los mismos. Esto ha hecho necesario un cambio en los
planteamientos sobre política de aguas, que han tenido que evolucionar desde
una simple satisfacción en cantidad de las demandas, hacia una gestión que
contempla la calidad del recurso y la
protección del mismo como garantía de un abastecimiento futuro y
de un desarrollo sostenible. La ley de aguas de 1.985 y su modificación por la
ley 46/1.999 de 13 de diciembre, junto con la nueva Directiva Marco europea
para la política de agua suponen un cambio importante en los conceptos y
criterios utilizados en la planificación hidrológica e introducen la calidad de
las aguas y la protección de los recursos hídricos como puntos fundamentales
para estructurar dicha planificación.
El concepto de calidad en el agua
La calidad del agua es una variable
fundamental del medio hídrico, tanto en lo que
respecta a la caracterización ambiental como
desde la perspectiva de la planificación hidrológica. Este término puede responder
a varias definiciones, que se han visto reflejadas en la legislación a lo largo
del tiempo.
De forma tradicional se ha entendido por calidad de un agua el conjunto de
características físicas, químicas y biológicas que hacen que el agua sea
apropiada para un usodeterminado. Esta definición ha dado lugar a diversa
normativa, que asegura la calidad suficiente para garantizar determinados usos,
pero que no recoge los efectos y consecuencias que la actividad humana tiene
sobre las aguas naturales. La incidencia humana sobre las aguas se ejerce
fundamentalmente a través del
vertido a sistemas naturales de efluentes residuales. Se hace por tanto
necesario establecer los criterios de calidad que han de reunir las aguas
residuales antes de ser evacuadas en un sistema receptor. La consideración de
los criterios de calidad de los vertidos resulta insuficiente como garantía de conservación de los recursos
hídricos, de manera que éstos se mantengan en condiciones tales que aseguren su
disponibilidad en un futuro en cantidad y calidad adecuada. Esta garantía viene
dada por el mantenimiento de las condiciones ambientales naturales que permitan
preservar el equilibrio autorregulador de los ecosistemas acuáticos. De aquí
surge la necesidad de definir un nuevo concepto de calidad que se desvincule
totalmente de los usos, y que tenga como
punto de referencia el propio recurso en sí y no los fines a los que se
destina. Esta sería la CALIDAD INTRÍNSECA O NATURAL DE LAS AGUAS, que se define
por las condiciones fisicoquímicas y biológicas de un medio natural que no ha
sufrido intervención humana.
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Normativa de calidad de aguas en función del uso
En base a la vinculación entre calidad de aguas y sus usos, se establecen estándares
y criterios de calidadespecíficos que definen los requisitos que ha de reunir
un determinado agua para un fin concreto, requisitos que, generalmente, vienen
expresados como rangos cuantitativos de determinadas características
fisicoquímicas y biológicas. Una vez establecidos estos criterios de calidad en
función del
uso, se promulgan leyes y se desarrollan programas orientados a garantizar el
cumplimiento de dichos criterios. Así, la normativa española y europea en
materia de calidad de aguas se recoge en la siguiente tabla: NORMATIVA EUROPEA
NORMATIVA ESPAÑOLA Abastecimiento humano (captación) Directiva 75/440/CEE. R.D.
927/1988 (Anexo I del
R.A.P.A. y P.H.*). Orden 11/05/1988 y Orden 15/10/1990. Abastecimiento humano
(agua potable) Directiva 80/778/CEE Directiva 98/83/CE R.D. 1423/82, R.T.S.**
para aguas potables Baño (uso recreativo) Directiva 76/160/CEE R.D. 927/1988
(Anexo II del R.A.P.A. y P.H.*). Agua para la cría de moluscos Directiva
79/23/CEE R.D. 927/1988 (Anexo IV del R.A.P.A. y P.H.*). Agua para la vida
piscícola Directiva 78/659/CEE R.D. 927/1988 (Anexo III del R.A.P.A. y P.H.*).
• R.A.P.A. y P.H.: Reglamento para la Administración Pública del Agua y de la
Planificación Hidrológica. • R.T.S.: Reglamento Técnico Sanitario Como ejemplo de este tipo
de normativa, se recoge a continuación un breve desarrollo de lo dispuesto en
la Directiva 75/440/CEE. Directiva 75/440/CEE: relativa a la calidad requerida
para las aguas superficiales destinadas a la producción de agua potable en los
estados miembros Consideraciones generales. • Se trata de una norma
confinalidad ambiental (no sanitaria). • Situación de partida (ideal): todos
los abastecimientos de aguas a poblaciones poseen un tratamiento adecuado para
potabilización de as aguas servidas. • Se pretende que las condiciones
aceptables para un tramo de río inmediatamente aguas arriba de una derivación
para abastecimiento no se vean perturbadas. Clasificación de las aguas
superficiales. • A1: sólo precisan tratamiento físico simple y desinfección. •
A2: tratamiento físico normal, tratamiento químico y desinfección. • A3:
tratamiento físico y químico intensivos y desinfección. • Se fijan dos series
de límites. Unos imperativos y otros niveles guía. Gestión de las aguas. • Para cada punto de toma de muestras se establecerá en
nivel de calidad, según el tipo de tratamiento. • Gestión: medidas para que las
aguas se ajusten a valores definidos. Paralelamente, se debe garantizar la
mejora continua del
medio. Control de calidad. • Toma periódica de muestras y análisis. • Es
conforme la calidad: • si el 95% de las muestras son conformes con sus límites
en las columnas I • si el 90% de las muestras conformes con sus límites en las
columnas I y G • si el 5 ó el 10% no conforme no supera en más del 50% los límites
y no hay peligro para la salud pública
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Normativa en función de los efectos de la actividad humana
La consideración de los efectos de la actividad humana en las aguas naturales
se puede contemplar desde diferentes puntos de vista, en función del medio que
recibe el efluente(aguas subterráneas, continentales o litorales) y del origen
de los vertidos (directos e indirectos). Se establecen niveles de calidad para
la evacuación de vertidos en sistemas acuáticos naturales, lo cual supone un
avance con respecto al concepto de calidad tradicional, ligado al uso, y
constituyen una medida de protección para estos sistemas. Estos criterios de
calidad se reflejan en la siguiente normativa.
Normativa europea Vertidos a aguas subterráneas Directiva 80/68/CEE. Normativa
española Ley de Aguas. R.D. 849/1986 Reglamento del D.P.H. R.D. 1315/92 de 30
de octubre Vertidos a aguas litorales Directiva 76/464/CEE. Ley 22/1988 de
Costas. Directiva 91/271/CEE. R.D. 1471/1.989. Directiva 91/676/CEE. R.D.
261/96 Decreto 141/996 (Andalucía). Vertidos a aguas continentales Directiva
76/464/CEE. Ley de Aguas. Directiva 91/271/CEE. R.D. 849/1986 Reglamento del D.P.H. Directiva
91/676/CEE. R.D. 1315/92 de 30 de octubre.
En esta normativa se tratan diferentes asuntos relacionados con la calidad de
las aguas, como es la protección contra la contaminación causada por sustancias
peligrosas, el tratamiento y vertido de aguas residuales urbanas e industriales
o la contaminación por nitratos a partir de fuentes agrícolas. A continuación
se presentan, de forma esquemática, el contenido de las Directivas que se han
mencionado. Directiva 76/464/CEE: relativa a la contaminación causada por
determinadas sustancias peligrosas vertidas desde fuentes terrestres en el
medio acuático. Consideraciones generales. • Aplicable a aguas continentales y
costeras.• El objeto es regular los vertidos, para lo que se exige autorización
administrativa. Clasificación de las sustancias. • Lista I: sustancias que, por
su toxicidad, persistencia o bioacumulación deben ser reguladas con mayor
rigor. • Lista II: sustancias perjudiciales, de menor peligrosidad, cuyo
vertido pueda ser considerado de efectos limitados según las características de
las aguas receptoras. Modalidades de reglamentación. • Normas de emisión: se
fijan valores que no deben ser superados en el efluente • Objetivos de calidad:
se fijan concentraciones máximas en las aguas receptoras. Gestión de los
vertidos. • Vertidos que contengan sustancias de la Lista I. Se pretende la
eliminación de la contaminación producida por estas sustancias y se establecen
las siguientes obligaciones: • Autorización de los vertidos. Se fijarán normas
de emisión. • Inventario de vertidos. • Redes de vigilancia.
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sustancias de la Lista II. Se pretende reducir la contaminación inducida por el
vertido de estas sustancias se establecen las siguientes obligaciones: •
Autorización de los vertidos. Se fijarán normas de emisión. • Programas de
reducción de la contaminación. Objetivos de calidad. • Notificación a la
Comisión de programas y resultados. Directiva 80/68/CEE: relativa a la
protección de las aguas subterráneas contra la contaminación causada por determinadas
sustancias peligrosas. Directiva 80/68/CEE: relativa a la protección de las
aguas subterráneas contra la contaminacióncausada por determinadas sustancias
peligrosas. • Aplicable a aguas subterráneas. • Clasificación de sustancias en
listas I y II (no idénticas a las de la Dir. 76/464/CEE). • Se distinguen
vertidos directos e indirectos (los que se filtran). • Los vertidos requieren
autorización. Criterios: • Impedir la introducción de vertidos de lista I en
los acuíferos. • Limitar la introducción de sustancias de lista II. Directiva
91/271/CEE: relativa al tratamiento de las aguas residuales urbanas
Consideraciones generales. • Recogida, tratamiento y vertido de las aguas
residuales. • Protección del medio ambiente de los efectos negativos de los
vertidos. Sistemas de tratamiento y vertido. • Se establece un calendario para
equipar las aglomeraciones urbanas con sistemas colectores y de tratamiento de
aguas residuales. • Se determina el tipo de tratamiento que es aplicable para
cada caso. • Los plazos y los tratamientos se establecen en función del número de habitantes equivalentes y de las
características del
medio receptor . Directiva 91/676/CEE: relativa a la protección de las aguas
contra la contaminación producida por nitratos utilizados en agricultura.
Consideraciones generales. • Aplicable a aguas superficiales y subterráneas
afectadas por la contaminación por nitratos, o que puedan serlo. Medidas
aplicables. • Se establecen códigos voluntarios de buenas prácticas agrarias. •
Se limita el esparcimiento de los abonos que contengan nitrógeno • Se fijan
límites para el esparcimiento de efluentes de origen ganadero.
Normativa para conseguir elbuen estado de las aguas
La calidad ambiental o calidad ecológica de las aguas, viene dado por las características
que definen un ecosistema sano, que es aquel que posee un alto nivel de
biodiversidad, productividad y habitabilidad y que se pone de manifiesto por
una serie de indicadores concretos, propios de cada ecosistema. Establecer los
criterios e indicadores de calidad de un sistema natural no es fácil, y el
objetivo de los mismos es proporcionar una herramienta que permita clasificar
los ecosistemas según su grado de deterioro ambiental. Esta clasificación ha de
servir para tomar las medidas necesarias y diseñar un plan estratégico de
recuperación de los mismos.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Estas acepciones del concepto de calidad del agua, quedan recogidos en la nueva
directiva 2000/60/CE por la que se establece un marco comunitario de actuación
en el ámbito de la política de aguas en la Comunidad Europea. En ella se
determinan las líneas a seguir para establecer los criterios de calidad
ecológica de los ecosistemas acuáticos, criterios que los países miembros
deberán garantizar y preservar. En esta nueva directiva se relega el concepto
de calidad y se introduce el término de ESTADO DE LAS AGUAS. El estado de una
masa de agua natural viene dado por su estado ecológico y su estado químico. Se
considera que las aguas se encuentran en un buen estado cuando su estado
ecológico y su estado químico sean buenos. El estado ecológico de un agua sería
una expresión de la calidad de la estructura y delfuncionamiento del ecosistema
y cuyos criterios de clasificación (muy bueno, bueno y aceptable), en función
del tipo de ecosistema acuático de que se trate, se recogen en los anexos de la
directiva. El buen estado químico de un agua será el necesario para cumplir los
objetivos medioambientales que se definan. Así mismo se incluye el término de
“estado cuantitativo” de un agua, entendiendo como
tal una expresión del
grado en que afectan a una masa de agua subterránea las extracciones directas e
indirectas. Directiva 2000/60/CE por la que se establece un marco comunitario
de actuación en el ámbito de la política de aguas en la Comunidad Europea
Consideraciones generales. • Visión global, al tratar diferentes aspectos sobre
el agua. • Inclusión del concepto de estado ecológico de las aguas. • Gestión
única de las demarcaciones hidrográficas. • Tratamiento específico de las aguas
subterráneas. • Utilización de nuevas estrategias para combatir la
contaminación. • Estudios económicos • Tratamiento conjunto de las aguas
superficiales Objetivo. • Prevenir cualquier deterioro adicional en la cantidad
y calidad de todas las aguas de Europa. • Conseguir un “buen estado” de todas
las aguas antes del año 2015 (“buen estado ecológico” y “buen estado químico”)
Determinación del mapa del estado ecológico de las aguas. • Asignación de las
aguas superficiales a tipos ecológicos. • Gran cantidad de masas de agua con
condiciones naturales diferentes. • Cada masa de agua se debe asignar a un tipo
para facilitar comparaciones y desarrollar un lenguaje común. • Seestablecen
dos sistemas (A y B) para la asignación de los tipos. • Establecimiento de
condiciones de referencia. • Condiciones hidromorfológicas y fisicoquímicas
específicas. Deben representar el “muy buen estado ecológico” (sin impacto
humano). • Se establecerán condiciones biológicas de referencia, que representen
los valores de los indicadores de calidad biológica. • Establecimiento de los
límites muy bueno/bueno/aceptable • Los resultados de los sistemas de control
se expresarán como
índices de calidad ecológicos. • El índice se expresará como un valor numérico variable entre 0 y 1.
• Los límites se establecerán mediante un sistema de intercalibración
organizado por la Comisión. • Control y asignación de estados
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menos, los parámetros indicativos de cada uno de los indicadores de calidad
establecidos. Directiva 2000/60/CE por la que se establece un marco comunitario
de actuación en el ámbito de la política de aguas en la Comunidad Europea •
Comparación del valor de los parámetros con el de las condiciones de
referencia. • Cada indicador será definido como muy bueno, bueno, aceptable, deficiente
o malo. • Mapa del estado de las aguas. • Para
cada demarcación hidrográfica, se clasificará el estado ecológico de cada masa
de agua con código de colores: • Muy bueno: azul. • Bueno: verde. • Aceptable: amarillo • Deficiente:
naranja. • Malo: rojo. • Se clasificará el estado químico de las masas de agua
superficial: • Bueno: azul. • No alcanza el buen estado: rojo. •Buen estado
químico: cuando cumpla todas las normas de calidad medioambiental. Estrategias
para combatir la contaminación. • Estudio de las repercusiones de la actividad
humana. Identificación y estimación de las presiones, evaluación de los
impactos. • Protección de aguas potables y otras zonas protegidas. Registro de
zonas protegidas y control y protección de las masas de agua utilizadas para la
captación de agua potable. • Programas de vigilancia y control. Se establecerán
programas de seguimiento del
estado de las aguas. • Enfoque combinado para el control de vertidos. •
Programa de medidas básicas y complementarias.
9
Características de las aguas residuales
NECESIDAD DE CONTROLAR ANALÍTICAMENTE EL AGUA.
Parece evidente que las características de un determinado tipo de agua que va a
ser utilizada para un uso concreto serán diferentes, o cuanto menos, no tienen
por qué ser idénticas para el agua destinada a otro fin. En cualquier caso, el
control analítico exhaustivo, sistemático y periódico de un agua viene impuesto
por dos condicionantes de tipo general: • Contrastación y comprobación de sus
características físicas. • Complementando y apoyando lo anterior con fuerza
para ser exigido legalmente, se encuadra el aspecto relativo a regulaciones,
normativas y leyes de diferentes ámbito territorial de aplicación que han de
ser inexcusablemente cumplidas en cuanto al control de la calidad del producto
“agua”. Además, debe controlarse el agua bruta no tratada (agua natural de
ríos, embalses y lagos) que pueda ser
susceptible dediferentes usos ( potabilización, cría de peces, moluscos,
riegos, usos recreativos) a fin de determinar la posibilidad o no del uso previsto, así como el grado de tratamiento industrial
necesario para lograr su adecuación de calidad. Para esta faceta también se dispone
de las correspondientes normativas nacionales, derivadas a su vez, en el caso
de España de la Directiva de la CEE.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Otro aspecto a considerar:
el de las aguas negras o vertidos residuales líquidos domésticos y/o
industriales. También han de ser sistemáticamente analizados y controlados
debido, de una parte a la valoración de su posible incidencia negativa sobre el
medio ambiente, y la necesidad ulterior de su depuración antes de su expedición
a aquel. Se intentaría evitar de este modo en lo posible, el alto grado de
polución provocado por estas aguas residuales. En segundo lugar, existen otras
regulaciones y normativas (nacionales, autonómicas y municipales) que imponen
un control de emisiones encaminado a la preservación del cada vez más degradado medio ambiente.
Finalmente, otro aspecto justifica la necesidad del control sistemático del
agua: los procesos de potabilización y/o depuración de agua La única forma
razonable, coherente y lógica de asegurarse el explotador de una ETAP (Estación
de Tratamiento de Agua Potable) o EDAR (Estación Depuradora de Aguas
Residuales) que el Rendimiento del proceso aplicado es o no el esperado, es
decir;- que deben o no acometerse modificaciones en las diferentes fases del
tratamientoindustrial de un agua, pasa por la comprobación vía laboratorio, vía
instrumentación de planta en continuo, de algunas características “claves” de
calidad del agua en fase de tratamiento.
CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES.
AGUA RESIDUAL: Aquella que procede de haber utilizado un agua natural, o de la
red, en un uso determinado. Las A.R. cuando se desaguan se denominan VERTIDOS y
éstos pueden clasificarse en función: • Del
uso prioritario u origen • De su contenido en determinados contaminantes Los
vertidos residuales arrastran compuestos con los que las aguas han estado en
contacto. Estos compuestos pueden ser: a) Según su Naturaleza: i)
Conservativos: Su concentración en el río depende exactamente de la ley de la
dilución del caudal del
vertido al del
río. Generalmente: Compuestos Inorgánicos y estables (C1 ,SO4 ) ii.) No
Conservativos: Su concentración en el río no está ligada directamente a la del vertido. Son todos
los compuestos orgánicos e inorgánicos que pueden alterarse en el río por vía
Física, Química o Biológica (NH4 , fenoles, Materia Orgánica. . .) Además,
entre los compuestos existen fenómenos de tipo: • Antagonismo: (1 Efecto) Ej.
Dureza (al Zn) • Sinergismo: (1 Efecto) Ej. Escasez de O(al Zn) A continuación
se va a realizar una descripción de los principales tipos de A.R.
AGUAS RESIDUALES URBANAS.
Procedencia de la contaminación en los núcleos urbanos: • Servicios domésticos
y públicos • Limpieza de locales • Drenado de Aguas Pluviales Tipos de
contaminantes: • Materia Orgánica (principalmente) en suspensión ydisuelta • N;
P; NaCl y otras sales minerales • Microcontaminantes procedentes de nuevos
productos • Las A.R. de lavado de calles arrastran principalmente materia
sólida inorgánica en suspensión, además de otros productos (fenoles, plomo
-escape vehículos motor-, insecticidas -jardines-)
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Características
Físico-Químicas La Temperatura de las A.R. oscila entre 10-20 oC (15 oC) ·
Además de las cargas contaminantes en Materias en suspensión y Materias
Orgánicas, las A.R. contienen otros muchos compuestos como nutrientes (N y P),
Cloruros, detergentes cuyos valores orientativos de la carga por habitante y
día son: • • • • N amoniacal: 3-10 gr/hab/d N total: 6.5-13 gr/hab/d P (PO43-)
; 4-8 gr/hab/d Detergentes : 7-12 gr/hab/d
En lugares donde existen trituradoras de residuos sólidos las A.R.(aguas
residuales)Urbanas están mucho más cargadas (100 % más) Características
Biológicas. En las A·R. van numerosos microorganismos., unos patógenos y otros
no. Entre los primeros cabe destacar los virus de la Hepatitis. Por ej. en 1
gr. de heces de un enfermo existen entre 10-106 dosis infecciosas del virus de la
hepatitis. El tracto intestinal del hombre
contiene numerosas bacterias conocidas como
Organismos COLIFORMES. Cada individuo evacua de 105-4x105 millones de
coliformes por día, que aunque no son dañinos, se utilizan como indicadores de contaminación debido a
que su presencia indica la posibilidad de que existan gérmenes patógenos de más
difícil detección. Las A.R.Urbanascontienen: l06 colif. totales / 100 ml
AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES.
Son las que proceden de cualquier taller o negocio en cuyo proceso de
producción, transformación o manipulación se utilice el agua, incluyéndose los
líquidos residuales, aguas de proceso y aguas de refrigeración. . Líquidos
Residuales: Los que se derivan de la fabricación de productos, siendo
principalmente disoluciones de productos químicos tales como lejías negras, los
baños de curtido de pieles, las melazas de la producción de azúcar, los
alpechines Se debe intentar la recuperación de subproductos A.R. de Proceso:
Se originan en la utilización del agua como medio de transporte,
lavado, refrigeración directa y que puede contaminarse con los productos de
fabricación o incluso de los líquidos residuales. Generalmente su contaminación
es >Productos Finales + Nuevos microorganismos + Energía Para que lo
anteriormente expuesto se produzca, son necesarias dos tipos de reacciones
fundamentales totalmente acopladas: de síntesis o asimilación y de respiración
endógena u oxidación.
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2.1.1. Reacciones de síntesis o asimilación
Consisten en la incorporación del
alimento (materia orgánica y nutrientes) al interior de los microorganismos.
Estos microorganismos al obtener suficiente alimento no engordan, sino que
forman nuevos microorganismos reproduciéndose rápidamente. Parte de este
alimento es utilizado como
fuente de Energía. La reacción que ocurre es la siguiente: CHNO (materia
orgánica) + O2 + Bacterias +Energía ==> C5H7NO2 (sustancias del interior bacteriano)
2.1.2. Reacciones de oxidación y Respiración endógena
Los microorganismos al igual que nosotros, necesitan de Energía para poder
realizar sus funciones vitales (moverse, comer etc.), dicha energía la obtienen
transformando la materia orgánica asimilada y aquella acumulada en forma de
sustancias de reserva en gases, agua y nuevos productos de acuerdo con la
siguiente reacción: C5H7NO2 (material celular) + 5O2 ==> 5CO2 + 2H2O + NH3 +
Energía Como podemos observar, después de un tiempo de contacto suficiente
entre la materia orgánica del agua residual y los microorganismos (bacterias),
la materia orgánica del medio disminuye considerablemente transformándose en
nuevas células, gases y otros productos. Este nuevo cultivo microbiano seguirá
actuando sobre el agua residual. A todo este conjunto de reacciones se les
denomina de oxidación biológica, porque los microorganismos necesitan de
oxígeno para realizarlas.
2.2. Factores que intervienen en la oxidación biológica
Los factores principales que hay que tener en cuenta para que se produzcan las
reacciones biológicas y por tanto, la depuración del agua residual son: Las
características del sustrato las características físico-químicas del agua
residual, determinan el mejor o peor desarrollo de los microorganismos en este
sistema, existiendo compuestos contaminantes que son degradables biológicamente
y otros que no lo son. Los nutrientes El interior celular, aparte de C, H y O,
elementos característicos de la materia orgánica, contieneotros elementos como
son el N, P, S, Ca, Mg e.t.c., denominados nutrientes y que a pesar de que
muchos de ellos se encuentran en el organismo sólo en pequeñas cantidades, son
fundamentales para el desarrollo de la síntesis biológica. Se ha determinado a
nivel medio que los microorganismos para sobrevivir necesitan por cada 1000 gr.
de C, 43 de N y 6 de P, y que en las aguas residuales urbanas existen por cada
1000 gr. de C, 200 gr. de N y 16 gr. de P. Si comparamos lo que necesitan los
microorganismos para sobrevivir, con las cantidades existentes de dichos
elementos en el agua residual, podemos concluir que a título general dichos
microorganismos pueden desarrollarse en el agua residual perfectamente. Es
interesante comentar que en el caso de determinadas aguas con vertidos
industriales, las proporciones de dichos elementos no están equilibradas,
siendo necesario a veces dosificar N y P en el agua, para que pueda darse el
desarrollo bacteriano y exista depuración biológica. ‘’’Aportación de Oxígeno:
‘‘‘ Como hemos
visto, para el desarrollo de las reacciones biológicas es necesario un medio
aerobio, es decir, con oxígeno suficiente que permita el desarrollo y la
respiración de los microorganismos aerobios. ‘’’Temperatura: ‘‘‘
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir A medida que aumenta la
Temperatura, aumenta la velocidad con que los microorganismos degradan la
materia orgánica, pero a partir de los 37oC, dichos organismos mueren. Nuestras
temperaturas son ideales para el desarrollo óptimo de los procesos de
depuraciónbiológica. ‘’’Salinidad: ‘‘‘ El contenido en sales disueltas no suele
ser problemático para el desarrollo bacteriano en el proceso de fangos activos
hasta concentraciones de 3 a 4 gr/l. En los procesos de cultivos fijos (lechos
bacterianos), la influencia es aún menor, no afectando valores que no superen
los 15 gr/l. Sin embargo, existen multitud de grupos bacterianos capaces de vivir
en aguas saladas, de forma que si a tu sistema de depuración le das tiempo de
adaptación, pueden desarrollarse bastante bien dichos grupos microbianos a
concentraciones salinas superiores. En este sentido, la E.D.A.R. de El Rompido
que funciona mediante tratamiento biológico por Fangos Activos, tiene un
rendimiento excelente con aguas residuales de elevada salinidad. ‘’’Tóxicos o
inhibidores: ‘‘‘ Existen una serie de sustancias orgánicas e inorgánicas que, a
ciertas concentraciones, inhiben o impiden los procesos biológicos. Este tipo
de sustancias, entre las que se encuentran los metales pesados, ejercen un
efecto perjudicial sobre los microorganismos encargados de depurar el agua y
por tanto, no deben de entrar en las plantas depuradoras con el agua residual,
o si entran deben de hacerlo en concentraciones muy bajas. Todos estos factores
mencionados son de gran importancia, y deben de ser controlados si queremos
obtener un rendimiento eficaz de depuración por parte de los microorganismos
encargados de degradar la materia orgánica del agua residual.
2.3. Los procesos de Nitrificación-Desnitrificación
Son procesos llevados a cabo por determinados gruposde microorganismos
bacterianos que se utilizan en aquellas plantas de tratamiento de aguas
residuales, donde aparte de la eliminación de la materia orgánica se persigue
la eliminación de nitrógeno. La eliminación de la materia nitrogenada es
necesaria cuando el efluente de la E.D.A.R. va a ir bien a embalses o masas de
agua utilizadas para captación de aguas potables, bien a las denominadas por
ley como zonas
sensibles.
2.3.1. El proceso de Nitrificación
La nitrificación es el proceso en el que el nitrógeno orgánico y amoniacal se
oxida, transformándose primero en nitrito y, posteriormente en nitrato. Estas
reacciones las llevan a cabo bacterias muy especializadas, diferentes de
aquellas que se encargan de degradar la materia orgánica del medio. Este tipo de bacterias, se
reproducen mas lentamente y son muy sensibles a los cambios de su medio
habitual. A su vez, necesitan de un aporte de Oxígeno suplementario para que
sean capaces de desarrollar las reacciones anteriormente mencionadas, de esta
forma en las cubas
de aireación de fangos activados necesitan de un nivel de oxígeno de al menos 2
mg/l.
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2.3.2. El proceso de desnitrificación
La desnitrificación consiste en el
paso de los nitratos a nitrógeno atmosférico, por la
acción de un grupo de bacterias llamadas desnitrificantes. Dicha forma de nitrógeno
tenderá a salir a la atmósfera, consiguiéndose así, la eliminación de nitrógeno
en el agua. Para que las bacterias
desnitrificantes actúen, es necesario que el aguatenga bastante carga de
materia orgánica, una fuente de nitratos elevada, muy poco oxígeno libre y un
pH situado entre 7 y 8. El oxígeno asociado a los nitratos es la única fuente
de oxígeno necesaria para llevar a cabo sus funciones vitales. De esta forma
los niveles de oxígeno libre en el medio donde actúan deben de ser inferiores a
los 0,2 mg/l. Es interesante comentar que el tiempo mínimo de contacto entre el
agua y las bacterias desnitrificantes debe de ser suficiente para que se
produzcan las reacciones deseadas, estimándose un tiempo mínimo de 1,5 horas a
caudal medio.
3. EL PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS
El proceso de fangos activados es un sistema de tratamiento de las aguas
residuales en el que se mantiene un cultivo biológico formado por diversos
tipos de microorganismos y el agua residual a tratar. Los microorganismos se
alimentarán de las sustancias que lleva el agua residual para generar mas
microorganismos y en el proceso se forman unas partículas fácilmente
decantables que se denominan flóculos y que en conjunto constituyen los
denominados fangos activos o biológicos.
3.1. Principios de funcionamiento
En el proceso de fangos activados pueden distinguirse dos operaciones
claramente diferenciadas: la oxidación biológica y la separación
sólido-líquido. La primera tiene lugar en el denominado reactor biológico o cuba de
aireación, donde vamos a mantener el cultivo biológico en contacto con el agua
residual. El cultivo biológico, denominado licor de mezcla, está formado por
gran número de microorganismos agrupados en flóculosconjuntamente con materia
orgánica y sustancias minerales. Dichos microorganismos transforman la materia
orgánica mediante las reacciones de oxidación biológica anteriormente
mencionadas. La población de microorganismos debe de mantenerse a un
determinado nivel, concentración de sólidos en suspensión en el licor de mezcla
(SSLM), para llegar a un equilibrio entre la carga orgánica a eliminar y la
cantidad de microorganismos necesarios para que se elimine dicha carga. En esta
fase del proceso que ocurre en la cuba de aireación, es necesario un sistema de
aireación y agitación, que provoque el oxígeno necesario para la acción
depuradora de las bacterias aerobias, que permita la homogenización de la cuba
y por tanto que todo el alimento llegue igual a todos los organismos y que
evite la sedimentación de los flóculos y el fango. Una vez que la materia
orgánica ha sido suficientemente oxidada, lo que requiere un tiempo de
retención del
agua en el reactor, el licor mezcla pasará al denominado decantador secundario
o clarificador. Aquí, el agua con fango se deja reposar y por tanto, los fangos
floculados tienden a sedimentarse, consiguiéndose separar el agua clarificada
de los fangos. El agua clarificada constituye el efluente que se vierte al
cauce y parte de los fangos floculados son recirculados de nuevo al reactor
biológico para mantener en el mismo una concentración suficiente de organismos.
El excedente de fangos, se extrae del
sistema y se evacua hacia el tratamiento de fangos.
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533.2.1. Parámetros operacionales
Son una serie de parámetros que se han de tener en cuenta a la hora de diseñar
la cuba
de aireación y el clarificador, siendo a su vez controlados para mantener un
óptimo funcionamiento de la planta. Dichos parámetros son: ‘’’Carga másica‘‘‘
Es la relación que existe entre la carga de materia orgánica que entra en el
reactor biológico por unidad de tiempo, y la masa de microorganismos existentes
en el mismo. Se expresa como: Cm = Q * So / V *
X Q = caudal; So = D.B.O.5 de entrada; V = volumen; X = sólidos en suspensión
volátiles del licor de mezcla (SSV) de la cuba de
aireación. ‘’’Edad del fango ‘‘‘ Es la relación entre la masa de fangos
existentes en la cuba
de aireación y la masa de fangos en exceso extraídos por unidad de tiempo. Se
expresa como: E
= V * X / Qp * Xp Qp = caudal de la purga de fangos; Xp = SSV de la purga de
fangos (fangos en exceso). ‘’’Carga volumétrica ‘‘‘ Es la relación entre la
masa de materia orgánica que entra en el reactor por unidad de tiempo, y el
volumen de la cuba.
Se expresa como: Cv = Q * So / V’‘‘
‘’’Rendimiento ‘‘‘ Es la relación que existe entre la masa de materia orgánica
eliminada y la del
influente que entra en el reactor biológico. Se expresa en %. R = So - S / So S
= D.B.O.5 de la salida del
decantador secundario.
3.2.2. Parámetros de control
Existen una serie de variables que hay que controlar para asegurarnos de que el
proceso de fangos activos funciona bien. Entre estas variables se encuentran:
‘’’La calidad exigida al efluente: ‘‘‘ la calidad que lasautoridades exijan al
agua de salida, va a determinar tanto el funcionamiento del
proceso como el control del mismo. Si se requiere un alto grado de
tratamiento, el proceso deberá estar muy controlado y probablemente se requiera
de un tratamiento adicional. Dicha calidad deberá ser determinada a través de
las analíticas realizadas por el laboratorio. ‘’’Características del agua
residual a tratar: ‘‘‘ los caudales y características del influente, se
encuentran fuera del campo de actuación del operador, siendo competencia del laboratorio
y de las autoridades municipales que controlan los residuos que se vierten en
el sistema colector, evitando que determinadas industrias viertan residuos
tóxicos para los microorganismos que trabajan en la cuba de aireación.
‘’’Cantidad de microorganismos activos que se necesitan en el tratamiento: ‘‘‘
la proporción entre la cantidad de microorganismos activos y el alimento
disponible, es un parámetro decisivo en el control del proceso. Si esta proporción no es
equilibrada, aparecerán serios problemas en planta. El número de organismos
aumenta también al aumentar la carga de materia orgánica (alimento) y el tiempo
de permanencia en la cuba de
aireación (edad del
fango). El operador deberá eliminar el exceso de microorganismos (fangos en
exceso o
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir purga de fangos) para
mantener el número óptimo de trabajadores para el tratamiento eficaz de las
aguas. Por otra parte, es fundamental proceder a una recirculación de fangos
desde el decantador hasta la cuba
deaireación, para mantener una concentración de organismos suficiente, ya que
si no se irían eliminando y se acabaría con un lavado del tanque. El fango del
decantador debe extraerse tan pronto como
se forme la manta de fangos, ya que de permanecer en él, pueden darse fenómenos
que hagan que el fango flote. El sistema de bombeo de fangos, por tanto, debe
encontrarse en condiciones óptimas para actuar cuando se le necesite. Para
conocer la concentración de microorganismos del licor de mezcla y de los fangos de
recirculación, se determinará el nivel de sólidos volátiles en ambos. ‘’’Nivel
de Oxígeno disuelto: ‘‘‘ el oxígeno que se aporte a la cuba de
aireación debe de ser suficiente para que, los microorganismos puedan respirar
y se pueda oxidar la materia orgánica. La relación cantidad de oxígeno /
cantidad de alimento debe estar regulada y mantenerse estable. Una
descompensación en un sentido o en otro, puede dar lugar a una aparición de
organismos filamentosos que tienden a flotar en el decantador secundario,
alterando totalmente la separación sólido-líquido y tendiendo a ser lavados con
el efluente. El nivel de oxígeno disuelto suele medirse con sensores que dan
información inmediata de las cantidades de oxígeno en cuba, a partir
de esta información los sistemas de agitación y de aireación se ponen en marcha
o se paran. La agitación debe de estar bien controlada, para que el oxígeno y
el alimento se distribuyan homogéneamente por toda la cuba. ‘’’Tiempo
de retención: : ‘‘‘ para que se pueda dar el proceso de oxidación biológica, es
necesarioque los microorganismos permanezcan un tiempo de contacto suficiente
con las aguas residuales. Este tiempo de retención es uno de los parámetros que
hay que tener en cuenta para diseñar las cubas,
ya que en relación con el caudal a tratar y el tiempo que debe permanecer el
caudal en la cuba,
calcularemos el volumen de la misma. ‘’’Índice volumétrico de fangos: : ‘‘‘ se
define como el volumen en ml ocupado por un gramo de sólidos en suspensión del
licor de mezcla, tras una sedimentación de 30 minutos en una probeta de 1000
ml. Por lo tanto, tomamos 1 litro de licor mezcla y lo ponemos a sedimentar
durante 30 minutos, apuntamos el volumen que ocupa el fango y hacemos la
relación: IVF = ml sólidos sedimentables * 1000 / ppm de SSLM Este valor nos da
el comportamiento de los fangos en el decantador. Si el valor es menor de 100
implica fangos con desarrollo de organismos que sedimentan bien y por tanto
buena separación sólido-líquido. Si el valor es superior, se han desarrollado
organismos filamentosos con mala sedimentación, lo que nos lleva a una
descompensación en el funcionamiento del
sistema.
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4. ANÁLISIS Y REGISTRO DE DATOS
Las lecturas de datos que se citan a continuación y su registro diario, pueden
ayudar al personal que trabaja en la Planta a determinar cuales son las
condiciones de control que optimizan el rendimiento de la Estación de
Tratamiento, contrastando el funcionamiento de la misma con los datos
registrados. Estos datos también pueden servirnos comoindicadores de diversos
problemas así como
de la causa de los mismos. Es necesario hacer un registro de: • Sólidos en
suspensión totales y volátiles en: • Efluente primario • Licor de mezcla •
Recirculación de fangos • Efluente de salida • D.B.O., D.Q.O. o T.O.C. en: •
Efluente primario • Efluente de salida • Oxígeno disuelto: es fundamental la
instalación de sensores en la cuba
de aireación. • Sólidos decantables en: • Licor de mezcla • Agua de salida •
Temperatura: lectura de sensores en la cuba de aireación. • pH: lectura de
sensores en la cuba
de aireación o determinación “in situ”. • Coliformes en: • Entrada al biológico
• Salida del biológico • Nitrógeno y Fósforo total en: • Agua de entrada • Agua
de salida También será necesario registrar los siguientes datos: • Caudal de
entrada • Kilogramos de sólidos volátiles en cuba de aireación • Kilogramos de
D.Q.O. en la entrada al biológico • Kilogramos de fangos en exceso evacuados •
Caudal de recirculación de fangos • Caudal de purga • Kilogramos de sólidos de
fangos evacuados al digestor • Coste energético Pero el control de la
instalación no solo consiste en la revisión constante y diaria de las
condiciones de proceso, sino que también es preciso realizar un mantenimiento
efectivo de los equipos, para que estos estén siempre en óptimas condiciones de
operatividad. Además de todo esto, la vista, el olfato y la propia experiencia,
aportan datos suficientes como
para reconocer los problemas, el posible origen de los mismos y la solución más
eficaz.
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5. TIPOS DE PROCESOS DE FANGOS ACTIVADOS
En función de los objetivos de calidad requeridos en el efluente, la depuración
puede consistir en la eliminación de la materia orgánica carbonada, o también
llevar asociada la reducción de la materia nitrogenada. Según el objetivo de la
E.D.A.R., diseñaremos instalaciones encaminadas a la eliminación de materia
orgánica o modificaciones asociadas a dichas instalaciones con el fin de
eliminar nitrógeno. De esta forma podemos distinguir distintos tipos de
procesos, entre los que se encuentran los descritos a continuación.
5.1. Procesos convencionales
El proceso convencional tiene tres variantes fundamentales: 5.1.1. Flujo pistón
Se lleva a cabo en una cuba
de aireación rectangular, seguida de un decantador secundario. Tanto el agua
residual como el fango recirculado desde el decantador, entran en la cuba por
un extremo y son aireados por un período de 6 horas, tiempo en el que se
produce la adsorción, floculación y oxidación de la materia orgánica. Se
utiliza para aguas domésticas no muy concentradas. El proceso es susceptible a
cargas de choque. 5.1.2. Mezcla completa El contenido total del proceso se mezcla uniformemente. El agua
residual de entrada al proceso y los fangos recirculados, se mezclan e
introducen en diversos puntos del
tanque de aireación a lo largo de un canal central. De esta forma conseguimos
que, tanto la demanda de oxígeno como la carga
orgánica sean homogéneas de un extremo al otro de la cuba de aireación. El proceso es
usado en aplicaciones generales,siendo resistente frente a cargas de choque.
5.1.3. Alimentación escalonada El agua residual se introduce en distintos
puntos de la cuba
de aireación y los fangos recirculados por un extremo. Conseguimos disminuir
las demandas puntas de oxígeno, consiguiéndose mejores propiedades de adsorción
de la materia orgánica a los flóculos, siendo eliminada por un período más
corto. Este proceso es de aplicación general.
5.2. Aireación prolongada
Este proceso requiere cargas no muy altas y tiempos de aireación prolongados.
Suele aplicarse a plantas pequeñas que tratan menos de 10000 habitantes. Sus
instalaciones prescinden de decantación primaria, pasando el agua desde el
pretratamiento directamente a la cuba de aireación, y pasando
después por el decantador secundario. El proceso es flexible frente a
variaciones de carga, siendo similar al que actualmente está funcionando en la
E.D.A.R. de El Rompido.
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5.3. Canales de oxidación
La oxidación biológica tiene lugar en un canal circular cerrado, provisto de
aireadores superficiales horizontales (rotores que provocan la aireación y
circulación de los fangos). Cuando se diseñó este tipo de procesos, era
discontinuo, funcionando el canal como
reactor biológico y decantador alternativamente. Actualmente funciona de forma
continua, estando el canal seguido de un clarificador. Generalmente se diseña
para tratar una baja carga, si bien funciona excelentemente a media carga y es
flexible a las variaciones. Debido a la geometría de loscanales, podemos
obtener zonas mas oxigenadas con nitrificación y zonas muy poco oxigenadas con
desnitrificación, por lo que es un sistema bueno para eliminar materia orgánica
y nitrógeno. Existen diversas variantes de este tipo de sistemas, entre las que
encontramos: 5.3.1. Carrousel En este sistema el tanque de aireación tiene
configuración de canal, pero en lugar de rotores utiliza aireadores de eje
vertical instalados frente al tanque divisorio, lo que permite interceptar el
régimen de corrientes
y utilizar la potencia aplicada en transferir oxígeno y conseguir un flujo
continuó de fangos en el canal suficiente para evitar la sedimentación. Con
esta variante, podemos conseguir profundidades del tanque de hasta 4 metros. Si asociamos
zonas del
tanque con poco oxígeno y alta carga, conseguimos eliminar nitrógeno. 5.3.2.
Proceso orbal: Este sistema consiste en una serie de canales concéntricos, en
los que las cantidades de oxígeno suministrado varían de un canal a otro. El
agua pasa, inicialmente, al canal periférico y a través de pasos sumergidos, va
circulando de un canal a otro para llegar finalmente a un decantador. La
característica principal del
sistema orbal es el diferente grado de oxigenación que se mantiene en los
distintos canales, típicamente operando en 0, 1 y 2 ppm de oxígeno disuelto en
el primer, segundo y tercer canal respectivamente. El sistema es idóneo para
procesos de nitrificación-desnitrificación, ya que el agua entra en el primer
canal y el fango allí existente empieza a degradar la materia orgánica,
empezando adesarrollarse bacterias desnitrificantes (zona de poco oxígeno),
posteriormente el agua va pasando por los canales mas oxigenados donde va
sufriendo procesos de oxidación biológica y nitrificación. El licor mezcla sé
recircula del
tercer al primer canal, permitiendo que los nitratos formados sean
transformados en nitrógeno atmosférico por las bacterias desnitrificantes.
5.4. Procesos de bioadsorción
La bioadsorción es el fenómeno mediante el cual la materia orgánica se adhiere
a la superficie de los flóculos y es degradada por las bacterias allí
existentes. Este fenómeno es mas acusado cuanto mejor funciona un fango activo
y presenta flóculos muy bien formados. Podemos distinguir dos tipos de procesos
de fangos activos que aprovechan las propiedades bioadsorbentes de los
flóculos.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir 5.4.1.
Contacto-estabilización La alimentación por agua residual del
proceso biológico tiene lugar en dos etapas que se desarrollan en cubas
separadas. La primera es la fase de adsorción que se desarrolla en la primera cuba durante
20-60 minutos. En ella se adsorben en los flóculos una buena parte de la
materia orgánica disuelta, suspendida y coloidal existente en el agua residual.
A continuación el agua pasa a un clarificador y el fango decantado pasa a la
segunda cuba
de aireación donde se le da tiempo suficiente para que se produzca la oxidación
de la materia orgánica por las bacterias. Este tipo de proceso es muy flexible
y se utiliza muchas veces como
ampliación de plantas existentes. 5.4.2. Proceso dedoble etapa Consiste en
realizar una depuración biológica en dos etapas, cada una de las cuales
presenta reactor biológico y decantador secundario. En la primera etapa se
alimenta la primera cuba
con cargas elevadas, con un corto período de oxigenación, lo que favorece el
desarrollo de microorganismos resistentes a elevadas cargas y sustancias
tóxicas favoreciéndose las propiedades adsorbentes de los flóculos. En la
segunda etapa, se establece una carga media o baja, con un alto contenido en
oxígeno, funcionando de forma similar a los procesos convencionales,
predominando la oxidación biológica. Este sistema es interesante para aguas
residuales con fuertes variaciones de carga, ph, componentes tóxicos e.t.c., es
decir aguas residuales con fuerte componente industrial.
58
5.5. Sistemas de oxígeno puro
Son similares a los procesos convencionales solo que en lugar de aire
utilizamos oxígeno puro. El oxígeno puro es mas caro, sin embargo, conseguimos
las mismas cantidades de oxígeno en cuba con un menor consumo
energético. El oxígeno puede ser recirculado. El oxígeno puro suele utilizarse
con diversas finalidades: • Estaciones de fangos activos de funcionamiento
continuo. • Estaciones de fangos activos con carga variable, aplicándose solo
el oxígeno en los momentos punta. • Preoxigenación del agua residual, con fines
de desodorización o en instalaciones clásicas para aumentar el contenido de
oxígeno disuelto e incrementar los rendimientos de depuración.
6. DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES DE FANGOS ACTIVOS
6.1. Cuba
de aireación
Lascubas son, generalmente, abiertas y construidas de hormigón armado. La
configuración hidráulica debe garantizar que frente a las normales variaciones
de caudal, la altura del
licor de mezcla no variará en mas de 30 cm. La guarda hidráulica debe de ser
suficiente, para evitar las proyecciones de fangos y espumas. El sistema de
aireación puede ser por turbinas o por difusores, y se deben de tomar las
precauciones necesarias para evitar los ruidos molestos producidos por los
sistemas de aporte de aire. Para plantas
pequeñas, la regulación en la oxigenación, puede ser mediante arranque y parada
de los equipos mediante temporizadores. Para plantas grandes, la regulación
debe ser obligatoriamente en función del
oxígeno disuelto del
reactor biológico. Resulta interesante disponer de un dispositivo de control de
espumas, que puede consistir en boquillas pulverizadores montadas a lo largo del borde superior del
tanque de aireación.
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6.2. Decantadores secundarios o clarificadores
Existen tres tipos fundamentales: 6.2.1. Decantadores circulares de rasquetas
Son decantadores de forma circular con sistema de barrido de fangos radial. Las
rasquetas de barrido de fangos conviene que no formen una sola unidad y que
sean fácilmente desmontables y extraíbles. El sistema de arrastre de fangos se
desplazará a la velocidad de 120 m/h (perimetral). La pendiente de solera es del 4 al 10% y el calado
de borde entre 2,5 y 3,5 m. El decantador dispondrá de un sistema de recogida
superficial deespumas y flotantes. Se recomienda que existan paletas de
espesamiento en el pozo central de recogida de los fangos. 6.2.2. Decantadores
rectangulares de rasquetas Presentan la ventaja de permitir una implantación
mas compacta de todo el tratamiento biológico. La profundidad suele estar
comprendida entre 2,5 y 4 m., siendo la pendiente de solera aproximadamente del 1%. La velocidad
máxima de arrastre de fangos es de 60 m/h. El pozo de recogida de fangos se
diseña de forma que los fangos no estén retenidos mas de 5 horas (válido
también para los decantadores circulares). Los carros móviles deben tener fácil
acceso y un sistema de paro frente a obstáculos. Presentan sistemas de recogida
de espumas y flotantes. 6.2.3. Decantadores de succión Se instalan para
decantadores con un diámetro superior a 35 m, recomendándose la recogida de
fangos por succión y la evacuación de los fangos se hace mediante un sifón. Al
igual que los anteriores presenta un sistema de recogida de espumas y
flotantes. Todos los tipos de decantadores presentan bombas para la evacuación de
fangos y para su recirculación a las cubas de aireación. Los sistemas de
extracción de fangos son regulables y controlables mediante temporizadores
programables.
7. CAUSAS Y PROBLEMAS HABITUALES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DEL PROCESO
7.1. Causas de aparición de problemas
Los caudales y la composición de las aguas residuales varían a lo largo del día. El operador
debe de intentar mantener el proceso en situación estable y debe de hacer
frente a las variaciones de caudal y carga paraconseguir un efluente de
calidad. Las variaciones que pueden afectar el funcionamiento de la instalación
pueden tener dos orígenes: el sistema colector y la propia depuradora.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir 7.1.1. Variaciones en el
sistema colector Pueden ser debidas a: • Sistemas de alcantarillado unitario:
en épocas de lluvia, la estación depuradora recibe un caudal superior al
habitual lo que plantea diversos problemas como son un menor tiempo de
residencia del agua en las unidades de tratamiento, mayor arrastre de sólidos y
aumento de la carga orgánica debido al arrastre de residuos acumulados en las
alcantarillas. • Usuarios del sistema: los vertidos de las industrias producen
variaciones tanto en el caudal como
en las características de las aguas residuales que llegan a la planta
depuradora. Este punto se ha de controlar para poder tomar las medidas
oportunas. • Mantenimiento del sistema colector: conocer anticipadamente estas
actividades nos puede ahorrar muchos problemas. Por ejemplo si se pone en funcionamiento
una estación elevadora que lleva mucho tiempo sin funcionar, grandes volúmenes
de aguas sépticas pueden producir cargas de choque en el tratamiento,
ocurriendo lo mismo cuando se desatasquen tuberías o se conecten tuberías
nuevas al sistema. 7.1.2. Variaciones en el funcionamiento Para
determinar si la estación depuradora está descargando un efluente de calidad,
hay que revisar los análisis de laboratorio. Si no se logra la calidad deseada
hay que determinar que factores han provocado la disminución delrendimiento del proceso. Dichos
factores pueden ser: • Influente de mayor carga o de características difíciles
de tratar. • Concentración inadecuada de microorganismos en el aireador. •
Evacuación excesiva o insuficiente de fangos en exceso. • Caudal de
recirculación de fangos inadecuado. • Excesivo tiempo de permanencia de fangos
en el decantador. • Disminución o exceso de oxígeno en la cuba de
aireación. • Falta de homogeneidad en la cuba por una agitación deficiente.
7.2. Problemas habituales
7.2.1.Cambios en el caudal y características de las aguas residuales El
operador deberá estar siempre alerta frente a la posibilidad de que se viertan
tóxicos, a los vertidos accidentales y frente a las tormentas o cualquier otro
factor que pueda causar una variación en el caudal del influente o en sus características. Para
compensar los excesos de sólidos y aumento de caudal en épocas de lluvia,
reajuste los caudales de recirculación y purga de fangos para mantener la
máxima concentración de fangos activos en la cuba de aireación. Los cambios en
las características de las aguas residuales por vertidos industriales pueden
ser puntuales o estaciónales. Intente mantener buena relación con los gerentes
de las fábricas y consiga que le comuniquen cualquier cambio que pueda
ocasionar problemas. Intente convencerles de que descarguen los vertidos
anormales poco a poco y no de una vez.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir 7.2.2. Presencia en el
digestor de fangos de un sobrenadante con excesiva carga de sólidos
Lossobrenadantes de la digestión y el espesamiento de fangos son enviados al
tratamiento primario. Esta recirculación de sobrenadantes debe ser lenta y
realizarse durante períodos de baja carga. Normalmente los sólidos que salen del digestor de fangos,
presentan una elevada demanda de oxígeno inmediata y contienen gran cantidad de
sólidos coloidales y disueltos de bajo contenido volátil. Si estos sólidos
pasan a la cuba de
aireación, se produce en la cuba
una demanda de oxígeno superior a la habitual, por lo que es necesario regular
la aireación. Además se han de regular los caudales de purga y recirculación
con mucho cuidado, ya que la concentración en sólidos inertes (no biológicos)
aumenta y si purgamos excesivamente podemos lavar de microorganismos el reactor
biológico. En este caso, se deben mantener los sólidos en el digestor de fangos
más tiempo y aumentar la concentración de sólidos en los fangos enviados al
digestor. 7.2.3. Subida de fangos por gasificación No se debe confundir la gasificación
con el problema de formación de fangos esponjosos o de espumas. En la
gasificación, los fangos se sedimentan y compactan de forma satisfactoria en el
fondo del
decantador, pero luego suben hasta la superficie en forma de pequeñas
partículas, siendo lavados con el efluente. Esto suele ir acompañado de una
fina espuma, que aparece en la superficie del decantador. Los fangos suben porque se
producen gases en ellos que tienden a elevarlos a la superficie. La
gasificación puede deberse a varios fenómenos, como son la formación de nitrógeno
atmosférico y otrostipos de gases. Suele ser debido a un excesivo tiempo de
retención de los fangos en el decantador secundario, agotándose el oxígeno que
llevan y propiciándose el desarrollo de bacterias que producen los gases
anteriormente mencionados. Por ello, los decantadores deben de estar provistos
de deflectores y recogedores de flotantes, evitando que los fangos ascendentes
se incorporen a la línea de aguas. 7.2.4. Esponjamiento de los fangos
Esponjamiento es el término que se aplica cuando los fangos biológicos muestran
una velocidad de sedimentación muy lenta. Esto hace que en decantador
secundario no de tiempo para que se produzca la separación sólido-líquido. El
manto de fangos en el clarificador se hace mayor y asciende hasta pasar sobre
los vertederos, saliendo con el efluente. Se considera que existen distintos
factores que favorecen el esponjamiento de los fangos. Entre ellos una
descompensación alimento y cantidad de organismos, un exceso o defecto de oxígeno
disuelto en la cuba,
pH bajos, una relación poco equilibrada de nutrientes etc. Es necesario por
tanto, que la cuba de
aireación tenga condiciones de funcionamiento equilibradas, siendo necesario
vigilar para evitar este tipo de problemas: ‘’’La edad del fango: ‘‘‘ ya que fangos demasiado
jóvenes favorecen el esponjamiento. Vigile los sólidos que llegan al tanque y
regule cuidadosamente el caudal de evacuación de fangos. ‘’’Nivel de oxígeno
disuelto: ‘‘‘ evite que se produzcan niveles demasiado bajos o altos de oxígeno
en la cuba,
ya que esto favorecería el desarrollo demicroorganismos filamentosos que
tienden a flotar. ‘’’Tiempo de aireación: ‘‘‘ el esponjamiento por un período
de aireación excesivamente corto, suele ser consecuencia de un defecto en el
proyecto de la planta, a no ser que en ésta se haya adquirido la costumbre de
mantener un volumen excesivo de recirculación de fangos. Si es así, se reduce
el caudal de recirculación y se aumenta la purga de fangos, hasta estabilizar
el proceso.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir ‘’’Presencia de organismos
filamentosos: ‘‘‘ los organismos filamentosos presentan graves problemas, pues
aparecen mucho mas rápidamente de lo que desaparecen. Tienden a flotar
descompensando totalmente el funcionamiento de los fangos en el decantador
secundario. Suelen desarrollarse masivamente cuando existe una descompensación
en la relación carga de la cuba
/ oxígeno disuelto en ella. Dependiendo de que la descompensación vaya en un
sentido u otro, se desarrollarán organismos diferentes que se manifiestan en
fenómenos distintos que reciben diferentes nombres (espumas y bulking).
‘’’otros: ‘‘‘ Existen otro tipo de factores que estimulan también el desarrollo
masivo de estos organismos como son: la calidad del agua residual a tratar, la
presencia de putrefacción en el agua, bajas cantidades de fósforo e.t.c. Es
necesario, por tanto, un buen mantenimiento de las condiciones funcionales de
la planta para evitar el esponjamiento de los fangos y si este sucede, hay que
actuar rápidamente, aumentando la densidad de estos fangos. Este aumento de
densidad se puedeconseguir bien variando las condiciones del
proceso (caudales de purga y recirculación, niveles de oxígeno disuelto, carga
de alimentación), bien incrementando los sólidos inertes en la cuba de aireación o añadiendo sustancias como son los floculantes
químicos, arcillas o bentonitas.
8. INTRODUCCIÓN A LA BIOINDICACION COMO PARÁMETRO DE MANTENIMIENTO
Podemos definir la bioindicación como un método de trabajo en el cual, a través
de la observación microscópica de un fango activo podemos saber como está
funcionando el proceso y como modificar sus condiciones funcionales para
obtener un óptimo rendimiento de él. Los organismos que vamos a utilizar como indicadores del buen
o mal funcionamiento del proceso son los
conocidos como
protozoos. Los protozoos son organismos unicelulares muy especializados. La
variedad morfológica de este grupo de organismos es muy amplia. Presentan un
importante papel en los sistemas de depuración. Este importante papel se
fundamenta en tres razones principales: • Algunos de ellos, al igual que las
bacterias, consumen materia orgánica del
agua residual. • Excretan determinado tipo de sustancias que favorecen la
formación de flóculos. • La tercera y más importante, son los principales
consumidores de las poblaciones bacterianas de los sistemas acuáticos. Siendo
las bacterias los principales organismos descomponedores de la materia orgánica
del medio,
los protozoos con su consumo bacteriano ejercen un importante papel regulador
sobre estas poblaciones, consiguiendo un óptimo rendimiento de la tasa de
consumo demateria orgánica por parte de las bacterias. Por todo lo
anteriormente expuesto, es interesante el desarrollo en nuestra cuba de
aireación de protozoos. En este sentido, existen estimas donde se observa que
en las cubas de aireación
con poblaciones de este grupo de organismos bien desarrolladas, los
rendimientos en depuración de materia orgánica y en disminución de patógenos y
fecales eran superiores a en las cubas donde no habitaban. Por otro
lado, las comunidades de diversos protozoos van cambiando a medida que varían
diferentes variables del funcionamiento de las
cubas
de aireación. De esta forma, existen comunidades características de fangos de
diferente edad, así como
en fangos con cualidades diferentes en cuanto a nitrificación, rendimiento de
depuración e.t.c A su vez, existen grupos de protozoos que toleran rangos
muy estrechos de las condiciones ambientales en que viven, por ejemplo: niveles
de oxígeno, presencia de tóxicos e.t.c. Por lo que su presencia nos indica
determinadas condiciones del
medio. Por todo lo anteriormente expuesto, podemos concluir que a través de la
observación microscópica de las poblaciones de protozoos que habitan en la cuba de aireación, así como
del número de organismos diferentes de este
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir grupo que aparecen en un
momento dado, podemos obtener un índice de calidad biológica del fango. Si además tenemos conocimientos
de sus características de vida, podemos prever situaciones que no son
detectables mediante técnicas analíticas convencionales y que nosdan la
capacidad de actuar anticipadamente a la aparición de graves problemas que nos
descompensen el funcionamiento de la planta depuradora. Podemos considerar los
protozoos y la bioindicación como un parámetro
de gran interés en el mantenimiento de los procesos de depuración biológica
aerobia, como
son los fangos activos y el lagunaje. La utilización de este parámetro se basa
en el conocimiento y la experiencia del
personal que lo utiliza, permite una gran rapidez de respuesta y requiere muy
poco gasto.
Eutrofización
1. INTRODUCCIÓN
La elevada contaminación que las masas de agua están sufriendo, en especial las
continentales, ha puesto en alerta tanto a la comunidad científica como al resto de la
sociedad. Sobre todo ahora que este elemento, esencial para la vida, es cada
vez más escaso, principalmente en algunas regiones como la nuestra. Esto ha hecho que términos como eutrofización sean
actualmente muy frecuentes en los medios de comunicación. De forma intuitiva se
puede definir el proceso de la eutrofización como el enriquecimiento de nutrientes de las
aguas superficiales. Podría parecer que este hecho es bueno para el desarrollo
de los seres vivos, sin embargo puede constituir un problema. Si existe exceso
de nutrientes crecen en abundancia las plantas y otros organismos. Al agotarse
los nutrientes mueren constituyendo un aporte de materia orgánica que debe ser
oxidada por lo que se produce una disminución drástica del contenido de oxígeno en el agua. De esta
forma, la masa de agua pierde su calidad y las aguas dejan deser aptas para la
vida, y en general, para el uso al que estaban predeterminadas. La Directiva
91/271/CEE, de 21 de mayo, sobre tratamiento de aguas residuales urbanas,
transpuesta a la legislación estatal mediante el Real Decreto-Ley 11/1995, de
28 de diciembre, y por el Real Decreto 509/1996, de 15 de marzo, viene a
completar la protección que proporcionan las citadas leyes, estableciendo
distintos niveles de depuración de las aguas residuales urbanas, con carácter
previo a su evacuación, en función de la carga contaminante del vertido y de la
zona afectada por el mismo. Asimismo, se establece por la citada Directiva la
obligación de los Estados miembros de determinar las zonas sensibles,
atendiendo a criterios de eutrofización actual o potencial, capacidad de
absorción del medio y usos posteriores de las aguas. En el presente Decreto se
establece una gradual clasificación de las zonas: sensibles, normales y menos
sensibles, que implican ese orden, un mayor a menor grado de depuración
exigible. Según se recoge en el Artículo Ns7 sobre la declaración de zonas
sensibles y menos sensibles:
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
“Zonas sensibles Se considerará que un medio acuático es zona sensible si puede
incluirse en uno de los siguientes grupos: a. Lagos, lagunas, embalses,
estuarios y aguas marítimas que sean eutróficos o que podrían llegar a ser
eutróficos en un futuro próximo si no se adoptan medidas de protección. (Se
entenderá por eutrofización: el aumento de nutrientes en el agua, especialmente
de loscompuestos de nitrógeno o de fósforo, que provoca un crecimiento
acelerado de algas y especies vegetales superiores, con el resultado de
trastornos no deseados en el equilibrio entre organismos presentes en el agua y
en la calidad del agua a la que afecta). b. Aguas continentales superficiales
destinadas a la obtención de agua potable que podrían contener una
concentración de nitratos superior a la que establecen las disposiciones
pertinentes del
Real Decreto 927/1988, de 29 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de
la Administración Pública del Agua y de la Planificación Hidrológica. Masas de
agua en las que sea necesario un tratamiento adicional al tratamiento
secundario establecido en el artículo 5 del
Real Decreto-ley y en este Real Decreto para cumplir lo establecido en la
normativa comunitaria. II. Zonas menos sensibles Un medio o zona de agua marina
podrá catalogarse como
zona menos sensible cuando el vertido de aguas residuales no tenga efectos
negativos sobre el medio ambiente debido a la morfología, hidrología o
condiciones hidráulicas específicas existentes en esta zona. Al determinar las
zonas menos sensibles, se tomará en consideración el riesgo de que la carga
vertida pueda desplazarse a zonas adyacentes y ser perjudicial para el medio
ambiente. Para determinar las zonas menos sensibles se tendrán en cuenta los
siguientes elementos: Bahías abiertas, estuarios y otras aguas marítimas con un
intercambio de agua bueno y que no tengan eutrofización o agotamiento del
oxígeno, o en las que se considere que es improbable quelleguen a desarrollarse
fenómenos de eutrofización o de agotamiento del oxígeno por el vertido de aguas
residuales urbanas.” }}
Con carácter general, las aguas residuales que viertan a una zona declarada como menos sensible serán
objeto de, al menos, un tratamiento primario. Aquéllas que viertan a zonas
declaradas normales estarán sometidas a un tratamiento secundario o proceso
equivalente y como,
por último, las que vierten a zonas sensibles deberán someterse a un
tratamiento adicional de eliminación de nutrientes.
2. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EUTROFIZACIÓN
La causa de la eutrofización es siempre una aportación de elementos nutritivos
de muy diversa procedencia (residuos urbanos, industriales, agrícolas,…). De
estos nutrientes, los más efectivos son aquellos para los que existe una
limitación natural, principalmente, el nitrógeno y el fósforo. El primer
elemento puede ser extraído de la atmósfera por determinados microorganismos
quedando en último término el fósforo como
principal elemento limitante del
proceso. Por norma general, suele encontrarse en las masas de agua unas
proporciones estables entre los nutrientes. De esta manera, suele aceptarse que
la relación entre el carbono, el nitrógeno y el fósforo en estos sistemas
cumple estas proporciones: 100:15:1 (C:N:P). Esto quiere decir, que por cada
unidad de fósforo en las masas de agua, existen quince unidades de nitrógeno
disponibles, y son cien las unidades de carbono que están presentes en el
medio. De este razonamiento encontramos que el fósforo se constituye como elelemento limitante
en los procesos de producción primaria. Cuando se agota todo el fósforo de la
masa de agua, los demás elementos se encuentran en exceso. Todo nuevo aporte de
fósforo al medio va a permitir un nuevo crecimiento vegetal. En los últimos
años las concentraciones de nitrógeno y fósforo en muchos lagos y mares casi se han duplicado. La mayor
parte les llega por los ríos. En el caso del
nitrógeno, una elevada proporción (alrededor del 30%) llega a través de la contaminación
atmosférica. El nitrógeno es más móvil que el fósforo y puede ser lavado a
través del suelo o saltar al aire por
evaporación del
amoníaco o desnitrificación. El fósforo es absorbido con más facilidad por las
partículas del
suelo y es arrastrado por la erosión o disuelto por las aguas de escorrentía
superficiales. Cuando el aporte de fósforo es alarmante se produce la
acumulación de este elemento dentro de las algas que lo utilizarán
posteriormente para multiplicarse, produciéndose una proliferación vegetal
excesiva. Este efecto
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir condiciona, además, que el
fósforo deje de ser el factor limitante pasando a serlo el nitrógeno, lo que
provoca la aparición de algas cianofíceas en superficie capaces de fijar dicho
elemento a partir del
aire atmosférico. Cuando se da la proliferación de algas, llega un momento en
el que el sistema se colapsa y no quedan nutrientes disponibles para que las
algas sigan desarrollándose. A este hecho hay que unir la proliferación en
superficie de las cianofíceas, creando una capasuperficial que impide la
penetración natural de luz y el intercambio de oxígeno con la atmósfera. De
esta forma, estos organismos no pueden seguir viviendo y mueren. El agua se
vuelve turbia y verdosa, y aparecen bacterias aerobias que consumen el oxígeno
de las aguas para oxidar la materia orgánica, la materia vegetal. Esto conlleva
una disminución alarmante de los niveles de oxígeno disuelto en el sistema
acuático y por lo tanto, la muerte de otros seres vivos, como los peces, por asfixia. Se llega, por
tanto, a condiciones anaerobias y se desarrollan procesos fermentativos de los
cuales se origina SH2 (sulfhídrico) y NH3 (amoníaco), responsables de mal olor en
estos sistemas acuáticos.
3. EFECTOS QUE PRODUCE LA EUTROFIZACIÓN
Los principales efectos que pueden evidenciarse en las masas de agua que se ven
afectadas por el fenómeno de la eutrofización son: Aumento de la producción y
biomasa de los productores primarios (fitoplancton y macrófitas). Modificación
de las características de la masa de agua conllevando una pérdida de calidad de
la misma, al no poderse destinar para el uso normal al que estaba destinada
(véase el caso de los pantanos de agua prepotable). Sustitución de especies
piscícolas deseables por otras menos cotizadas. Producción de toxinas por
determinadas algas (dinoflagelados-mareas rojas). Desoxigenación del agua,
ocasionando normalmente mortandad de peces. Aumento de los gastos de operación
de los sistemas públicos de abastecimiento de agua por problemas de sabor y olor.
Colmatación y obstrucción de los canalesde riego por las malas hierbas
acuáticas. Reducción de la posibilidad de utilización del agua para fines recreativos debido a los
olores producidos por la descomposición de las algas. Impedimentos a la
navegación debido al crecimiento de densas masas de algas. Pérdidas económicas
debida a la modificación de las especies piscícolas.
4. FACTORES Y PROCESOS QUE AFECTAN EL GRADO DE EUTROFIZACIÓN:
4.1 Relacionados con la masa de agua.
Clima (temperaturas, viento, precipitaciones, disponibilidad de energía
solar,…). Afecta la temperatura anual del
agua, la dirección y velocidad del
viento, cantidad de precipitaciones y estructura térmica de la masa de agua. La
disponibilidad de energía solar es muy importante para controlar la producción del fitoplancton durante
la estación de crecimiento. Hidrología (transporte de nutrientes por erosión del suelo).
Generalmente, a una mayor cantidad de precipitaciones, se transporta mayores
cantidades de agua y nutrientes a la masa de agua durante el ciclo anual. La
duración de estas precipitaciones es un factor importante por su relación con
las entradas de nutrientes por erosión del
suelo. Morfología de la cuenca
(profundidad). La profundidad media tanto del
total de la masa de agua como del fondo pueden afectar sustancialmente los
impactos de un aumento en la carga de nutrientes al lago o pantano.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Fuentes propias de
nutrientes (sedimentos como
sumidero de nutrientes). El papel de los sedimentos del fondo puede ser de gran interés para el
estadotrófico de una masa de agua. En los lagos
pobres en nutrientes parte de estos nutrientes importados son retenidos en los
sedimentos que actúan de sumidero de éstos. Aquellos lagos
con sobrecarga en los que los sedimentos se han enriquecido con fósforo a lo
largo del
tiempo, la liberación de este elemento en dichos sedimentos puede superar el
flujo hacia los mismos durante el período estival especialmente se el fondo se
vuelve anóxico, provocándose una proliferación masiva de algas, sin necesidad
de un aporte externo de nutrientes.
66
4.2 Factores antropogénicos:
Vertidos urbanos e industriales. Los vertidos de aguas residuales suelen
caracterizarse por su contenido en formas de nitrógeno (nitratos, nitritos y
amonio) y fosfatos (principalmente, procedentes de restos de detergentes).
Estos, pueden constituir la mayor fuente de carga de nutrientes en la masa de
agua, favoreciendo el afloramiento masivo de fitoplancton. Vertidos de origen
agrícola y ganadero. Las diferencias en los patrones de utilización de la
tierra y del uso de fertilizantes de una cuenca de drenaje puede
ocasionar diferencias importantes en la composición química de las aguas de la
escorrentía de cada área. La contribución exacta de la agricultura y la
ganadería a la eutrofización del
agua superficial y a la contaminación de las aguas subterráneas es difícil de
cuantificar (contaminación difusa). El agua subterránea se contamina
fundamentalmente como
consecuencia de la lixiviación, sobre todo por nitrato.
5. MEDIDAS PARA EVITAR LA EUTROFIZACIÓN
• Incluirtratamientos de eliminación de nitrógeno y fósforo en las EDARs
situadas en zonas sensibles, de acuerdo a lo expuesto en la legislación. •
Limitación en el uso de fertilizantes y optimizando los sistemas de aplicación
de los mismos. • Adopción de buenas prácticas de agricultura. • Control de los
focos de contaminación difusa por parte de la Autoridad pertinente. • Reducir
las emisiones de NOx y amoníaco a la atmósfera.
Eliminación biológica de nutrientes
1. EFECTO NOCIVO DEL NITRÓGENO Y FÓSFORO
La DIRECTIVA CEE/271/1991 establece los siguientes porcentajes mínimos de
reducción de nutrientes
PARÁMETROS CONCENTRACIÓN PORCENTAJE MÍNIMO DE REDUCCIÓN. 80
Fósforo total (P-PO4+P orgánico) 2 mgP/l (de 10.000 a 100000 hab-eq.) 1 mgP/l
(más de 100000 hab-eq.) Nitrógeno total (NTK+N-NO3) 15 mgN/l (de 10.000 a
100000 hab-eq.) 10 mgN/l (más de 100000 hab-eq.)
70-80
Las consecuencias de su presencia en las aguas son las siguientes
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir 1. Nitrógeno 1. N-NH4 •
Gran consumo de Oxígeno • Tóxico para algunos peces • Dificultades para el
tratamiento de agua potable 2. N-NO3 • Eutrofización del medio • Tóxico para la
salud humana 2. Fósforo • Eutrofización del medio
67
2. EFECTO DE DIVERSAS OPERACIONES Y PROCESOS DE TRATAMIENTO SOBRE LOS
COMPUESTOS DE NITRÓGENO
N
Operaciones y Procesos de tratamiento Tratamiento Convencional Primario
Secundario 10-20% eliminado Ningún efecto Ningún efecto Ligero 5-10 10-30
Nitrógeno orgánico NH3-NH4 NO3 Eliminación del Nitrógeno total que entra en el
proceso %.15-50% eliminadoUrea -> < 10% eliminado NH3-NH4
Proceso Biológicos Asimilación bacteriana Desnitrificación Cultivo de algas
Ningún efecto Ningún efecto Transformación parcial a NH3-NH4 Limitado
Transformación parcial a NH3-NH4 40-70% eliminado Ningún efecto ->Células
Ligero 80-90 % elim. ->Células 30-70 70-95 50-80
Nitrificación Estanques de estabilización
-> NO3 Eliminación parcial por arrastre.
Ningún efecto Eliminación parcial por nitrif/desnitrif.
5-20 20-90
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68
3. EFECTO DE DIVERSAS OPERACIONES Y PROCESOS DE TRATAMIENTO SOBRE LOS
COMPUESTOS DE NITRÓGENO
Valores típicos para aguas residuales urbanas
Operaciones y Procesos de tratamiento Proceso químicos Cloración de breakpoint
Incierto 90-100% eliminado Ligero Ligero 80-97 % eliminado Ningún efecto Ningún
efecto 80-95 Nitrógeno orgánico NH3-NH4 NO3 Eliminación del Nitrógeno total que
entra en el proceso %.
Coagulación química Absorción sobre carbono
50-70% eliminado 30-50 % eliminado
Ligero Ligero Ningún efecto
20-30 10-20 70-95
Intercambio iónico selectivo para Ligero, incierto el amoniaco Intercambio
iónico selectivo para Ningún efecto el nitrato Operaciones físicas Filtración
30-95% Nitr. Orgánico suspendido eliminado Ningún efecto
75-90 % elim.
70-90
Ningún efecto
Ningún efecto
20-40
Arrastre con aire
60-95 % eliminado 30-50 % eliminado 60-90 % eliminado
Ningún efecto
50-90
Electro diálisis
100 % de Nitr. Org. suspendido eliminado. 60-90 % eliminado30-50 % eliminado
60-90 % elim.
40-50
Osmosis inversa
80-90
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69
FUERTE MEDIA Nitrogeno total (NTK) 60 mgN/l 42 mgN/l N-NO3 N-NH4 0 mgN/l 0
mgN/l
DÉBIL 25 mgN/l 0 mgN/l 15 mgN/l 10 mgN/l
45 mgN/l 30 mgN/l 15 mgN/l 12 mgN/l
N Orgánico
3.1 Reacciones para nitrificación
2 NH4+ + 3O2 à 2NO2- + 4H+ + 2H2O Nitrosomonas 2NO2- + O2 à 2NO3Nitrobacter
NH4+ + 2O2 à NO3- + 2H+ + H2O Consumo de Oxigeno: 4,57 g O2/ g N-NH4oxidado
Consumo de Alcalinidad: 7,14 mg CO3Ca/mg N-NH4oxidado
3.2 Bacterias nitrificantes
• Organismos quimioautótrofos • Organismos aerobios estrictos • Crecimiento de
nitrosomonas < Crecimiento de nitrobacter • Baja producción de materia
celular • Cinética de crecimiento tipo MONOD
Intervalo Valor Típico Nitrosomonas mm (d-1) Ks (NH4 mg l ) Nitrobacter mm
(d-1) Ks (N02 mg l ) 0,4 – 3,0 0,2 – 0,5 1,0 1,4 0,3 – 2,0 0,2 – 2,0 0,7 0,6
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70
3.3 Factores que afectan la nitrificación
Temperatura KT = K20sC * O (T-20) O Organismos autótrofos = 1,1 O Organismos
heterótrofos = 1,07 • pH óptimo: 7,5 • Oxígeno disuelto : 2mg/l • Alcalinidad
Relación DBO5/NTK • Tóxicos e inhibidores
4. CONSIDERACIONES DE DISEÑO: CULTIVOS EN SUSPENSIÓN
• Determinación del pH del Proceso: 7,2 < pH < 9 • Determinación del
crecimiento bacteriano máximo mm nitrosomona = 0,7 d-1 • Determinación del
tiempo de retención celular mínimo • Determinación del tiempo de retención
celular de diseño STR dis = STR min * FS1,5 <FS < 2,5 • Determinación de
la producción de lodo < 5% de Fangos totales
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
71
4.1 E1iminación de Nitrógeno (Nitratos) en el efluente
a)Capacidad de Nitrificación: CN = NTKINF – NH4ef – NTK org sol ef – NTKdec –
NTKSS e - NBIO CN = Capacidad de Nitrificación NTKINF = NTK del influente NH4ef
= Nitrógeno amoniacal en efluente N TKorg sol ef = Nitrógeno orgánico
refracterio efluente (Biodegradable y no Biodegradable.) (4% NTKINF) NTKdec =
Nitrógeno insoluble decantable (10% NTK el) NTKSS= Nitrógeno asociado a los
sólidos en suspensión del
efluente (6% SSef.). NTK bio = consumido por la biológia del proceso (4% DBO5
elim) b) NTK de Salida: NTKs = NTK inf – NTKox – NTKbio – NTKdec c)
Determinación de Oxigeno necesario: NOT (mg O2/l)= NOB + NON NON = 4,57 * C d)
Determinación de alcalinidad necesaria Nalc (mg CO3Ca / l) = 7,14 * CN + 100
4.2 Procesos de cultivos en suspensión
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
72
5. CONSIDERACIONES DE DISEÑO: CULTIVOS FIJOS
Lechos Bacterianos
Proceso Filtro percolador, medio de piedras Filtro medio plástico Porcentaje de
Nitrificación 75-8585-95 Carga Kg DBO5/m3d 0,16 – 0,0960,096 – 0,048
75-85 85-95
0,288 – 0,1920,192 – 0,096
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
73
5.1 Desnitrificación
Ventajas de la nitrificación – desnitrificación: • Recuperación de parte de la
alcalinidad consumida en nitrificación • Recuperación de parte del Oxigeno
consumido por nitrificación • Reducción de ladesnitrificación incontrolada en
decantadores • Mejoras de la sedimentabilidad de los fangos • Favorece la
eliminación de fósforo
5.2 Reacciones para desnitrificación
6 NO3- + 2CH3OH à 6NO2- + 2CO2 + 4H2O 6 NO2- + 3CH3OH à 3N2 + 3CO2 + 3H2O + 6
OH-
5.3 Bacterias heterótrofas
6 NO3- + 5CH3OH à 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6 OHAporte de Oxigeno: 2,86 gr O2/ gr
N-NO3 reducido Aporte de Alcalinidad: 3,57 gr CO3Ca/g N-NO3 reducido Consumo de
Materia Orgánica: 4,6 gr DBO5/gr N-NO3 reducido
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
74
5.4 Bacterias desnitrificantes
• Organismos heterótrofos • Organismos facultativos • Baja producción de
materia celular • Cinética de crecimiento tipo MONOD
Heterotrofas mm (d-1) !Intervalo Valor Típico 0,3 – 0,9 0,3
Ks (NO3 mg l ) 0,06 – 0,2 0,1
5.5 Factores que afectan a la desnitrificación
• Temperatura KT = K20sC * O (T-20) O Organismos autótrofos = 1,1 O Organismos
heterótrofos = 1,07 • pH: Óptimo 7,5 • Oxígeno disuelto : ausencia •
Concentración de Nitrato • Relación DBO5/NTK • Tóxicos inhibidores Proceso en
etapas separadas:
• Nitrógeno de salida < 2 mg/l • Grandes necesidades de Volumen • Altos
consumos de Oxigeno • Consumo de metanol • Necesidad de Alcalinidad • Problema
de desnitrificación endógena.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Proceso
desnitrificación-nitrificación:
75
• Nitrógeno de salida en torno a 15 mg/l • • • • • Reducción del volumen
necesario Reducción del consumo de Oxigeno No consumo de metanol Reducción del
consumo de alcalinidad Mejordecantibilidad de los fangos.
CANALES DE OXIDACIÓN
Determinación de N-NH4 en el efluente : • Se determina el STR para el reactor
aerobio Determinación de Nitratos en el efluente • N-NO3 EF = CN – N DESNITRIFICADO • Potencial de Desnitrificación (DP =
DP1 + DP2 + DP3) 1. Según la disponibilidad de SDBO5
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir • DP1 = SDBO5 / 4,60 2.
Según la configuración del
sistema (DP2) • Fracción anóxica • Edad del Lodo • Biodegradabilidad de la DBO5
• Parámetros cinéticos 3. Según recirculación Interna (DP3) Determinación de
Nitrógeno a Desnitrificar (NO3 a nitrif. = NTKoxi – NO3ef ) • Determinación de
la fracción anóxica y tiempo de retención celular necesarios para que DP = NO3
a nitrif. Determinación de la recirculación interna óptima Determinación de
necesidades de oxigeno ROT = ROB + 4,57 * CN – 2,86 * DP Determinación de las
necesidades de alcalinidad Ralc = 7,14 * CN + 100 – 3,57 * DP Proceso desnitrificación-nitrificación
76
Adecuado para relaciones normales y bajas de DBO5/NTK Proceso bardenpho de 4
etapas.
• Ventaja : Menor gasto de reactivos • Desventaja : Proceso difícil de
controlar
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
77
6. FORMAS DEL FÓSFORO EN AR
• ORTOFOSFATOS: 15 – 35 % • POLIFOSFATOS : 65 – 85 % • FÓSFORO DECANTABLE: 5 –
15 % • FÓSFORO SOLUBLE : 95 – 85%
FUERTE MEDIA DÉBIL FOSFORO TOTAL P-PO4 P- orgánico 13 mgP/l 8 mgP/l 4 mgP/l
10 mgP/l 3 mgP/l
6 mgP/l 2 mgP/l
3 mgP/l 1 mgP/l
6.1 Efecto de diversas operaciones y procesos detratamiento sobre la
eliminación de fósforo
Operación o Procesos de Tratamiento Eliminación de fósforo (% )
Tratamiento Convencional Primario Fangos Activados Filtros Bacterianos CBR´s
10-20 10-25 8-12 8-12
Eliminación biológica de fósforo (proceso independiente) 70-90 Eliminación
química Eliminación física Filtración Osmosis inversa Adsorción sobre carbono
20-50 90-100 10-30 70-90
Descripción del proceso
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
78
6.2 Factores que afectan a la defosfatación
• Temperatura KT = K20sC * O (T-20) O PAO = 1,04 O heterótrofos = 1,07 • pH:
Óptimo 7 - 8 • Oxígeno disuelto : 2 mg/l en zona óxica • Concentración de
Nitrato y oxigeno en zona anaerobia 1 gr de NO3 consume 4,16 gr de DBO5r 1 gr
de O2 consume 1,6 gr de DBO5r • Relación DBO5/NTK Para eliminar 1 gr de fósforo
se necesitan 7 – 9 gr DBO5r
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
79
6.3 Consideraciones de diseño: Eliminación de P
Determinar la concentración de fósforo efluente • Pef = Pin – Peliminado • Pef
= P-PO4 + PSSe • PSSe = 5% Sse Determinar tiempo de retención celular y
fracción anaerobia • Fijación del tiempo de retención celular en cámara
anaerobia en 1-2 h. • Fijación de la fracción anaerobia según DQO del agua
bruta
DQO en agua bruta. Fracción zona anaerobia (FAN) < 400 400 – 700 > 700
0,20 – 0,25 0,15 – 0,20 0,10 – 0,15
Fracción anaerobia Fracción anóxica Recirculación interna Relación de DBO5 /
NTK Tiempo de retención celular total ( Para Nitrificación, desnitrificación y
eliminación deFósforo) • Difícil conseguir Bajas concentraciones de Fósforo (
< 2 mg/l)
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
80
7. PROCESOS DE FANGOS ACTIVOS CON ELIMINACIÓN DE N Y P
PROCESO BARDENPHO de 5 y 3 etapas. Procesos UCT
Aconsejable para relaciones DBO5 / Fósforo total no muy altas Fangos
producidos: Problema: Redisolución del fósforo si pasan por fases anaerobias
Soluciones: • Espesado por flotación • Reducción de almacenamiento de fangos
frescos • Adición de cal o sales metálicas en caso de almacenamiento •
Digestión anaerobia sin reboses • Utilización agrícola en estado liquido
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
81
Línea de fangos
Introducción
En el tratamiento de aguas residuales, cuyo objetivo principal es eliminar la
contaminación antes de su vertido al cauce receptor, se generan una serie de
subproductos denominados fangos, donde se concentra la contaminación eliminada,
y cuyo tratamiento y evacuación puede ser problemática. Las dos fuentes
principales de producción de fangos son el tratamiento primario y secundario.
Los sólidos sedimentados retirados del
fondo de los decantadores primarios y secundarios son, en realidad, una mezcla
acuosa de color y olor característicos llamada fango fresco. Los fangos
producidos en el tratamiento primario y secundario de la línea de agua de una EDAR presentan las
siguientes características: • Tienen una gran cantidad de agua (95-99%), por lo
que ocupan un volumen importante y son de difícil manipulación. • Tienen gran
cantidad de materiaorgánica, por lo que entran fácilmente en descomposición
(putrefacción), produciendo malos olores. • Poseen una gran cantidad de
organismos patógenos, causantes de enfermedades. Todo ello hace que deban
tratarse con sumo cuidado y en su tratamiento deben darse tres fases,
encaminadas a reducir al máximo los problemas anteriormente citados: •
Reducción del agua presente en los fangos para evitar el manejo de grandes
volúmenes. • Estabilización de la materia orgánica para evitar problemas de
fermentación y putrefacción. • Conseguir una textura adecuada para que resulten
manejables y transportables. Todo esto se realiza en la llamada línea de fango
de una E.D.A.R. (Estación Depuradora de Aguas Residuales)
Origen y características de los fangos
La cantidad y las propiedades del fango a
tratar en una planta depuradora va a depender de las características de las
aguas residuales (A.R.) de procedencia, así como
del
tratamiento a que sean sometidas. El origen y principales características de
los fangos son: a) Fangos primarios: Se originan en la decantación primaria.
Estos fangos no han sufrido un tratamiento biológico, no se han descompuesto,
por lo que son altamente inestables y putrescibles. Al cabo de cierto tiempo
producen mal olor. Se considera en ellos un contenido de Sólidos en Suspensión
(SS) de 90 gr/hab/d, de los cuales un 60% es decir, 54 gr/hab/d se consideran
sedimentables. Su color es normalmente gris, con altos contenidos de sólidos
fecales y otros tipos de desechos. Liberan fácilmente su agua de constitución y
se espesan bien. Sucontenido en humedad varía entre el 95-99%. b) Fangos
biológicos Se denominan comúnmente fangos en exceso y proceden del proceso de fangos
activados. Su materia orgánica está parcialmente descompuesta. Color marrón
oscuro. Tienen un olor a tierra húmeda no desagradable, pero en su
descomposición posterior se hacen sépticos y producen olores desagradables. Su
contenido en humedad varía entre el 98-99.5% y son difíciles de concentrar.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Pueden espesarse
directamente o enviarse a la decantación primaria, donde decantan conjuntamente
con los fangos primarios, dando lugar a los Fangos Mixtos. c) Fangos digeridos
aeróbicamente: Son fangos de color marrón oscuro. Tienen apariencia floculenta.
Olor poco desagradable. d) Fangos de precipitación química: Su velocidad de
descomposición es algo menor que la de los primarios. Color oscuro, algo rojizo
si contienen mucho hierro. El olor puede ser desagradable, aunque no tanto como el de los fangos
primarios.
82
Espesamiento
Los fangos producidos en el tratamiento del
agua poseen más del
95% de agua, por lo que ocupan volúmenes importantes, siendo por su naturaleza
putrescibles. Ello hace necesario un tratamiento para modificar sus
características y permitir unas condiciones tales que su evacuación y
disposición final sean óptimas desde el punto de vista sanitario,
medioambiental y de su manejo. La etapa de espesamiento incluye para reducir el
volumen de los fangos mediante concentración o eliminación parcial de agua, los
fangos activados quenormalmente se bombean desde los tanques de decantación
secundaria con un contenido de sólidos del 0.8% pueden espesarse hasta un contenido
del 4% de sólidos, consiguiéndose de esta manera una reducción del volumen del
fango a una quinta parte del volumen inicial. Con ello se obtienen una serie de
ventajas: • Reducción del volumen de los tanques posteriores al espesamiento,
así como su
equipamiento. • Reducción de la cantidad de calor requerida para el
calentamiento de los fangos en procesos tales como digestión anaerobia, secado térmico e
incineración. • Reducción y mejora de los rendimientos de los equipos de
deshidratación. Dos son los tipos más frecuentes de espesamientos: •
Espesamiento por gravedad • Espesamiento por flotación Además, existe el
espesamiento por centrifugación, alternativa válida para cualquier tipo de
fango, aunque está más indicada para concentrar fangos muy hidrófilos (que
difícilmente liberan el agua que contienen), de difícil compactación. El tipo
de espesamiento a aplicar y su compactación dentro de la línea de fango,
depende de la procedencia del fango a espesar y del tipo de tratamiento a
efectuar: a) El espesamiento por gravedad se utiliza para los fangos primarios
y los mixtos, así como para los procedentes de una precipitación química,
localizándose antes del proceso de la digestión anaerobia. En el caso de que la línea de tratamiento
de los fangos incluya una estabilización aerobia de los mismos, el espesador se
sitúa, generalmente, posterior a la misma ya que este proceso requiere para su
buen funcionamientoconcentraciones no muy elevadas, no superiores al 2-2.5%. b)
La flotación está indicada para concentrar los fangos biológicos procedentes del decantador
secundario, también llamados fangos en exceso. c) La centrifugación tiene una
aplicación limitada como
sistema de espesado en una depuradora.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
83
3.1. Descripción del espesador por gravedad
Su diseño es similar a un decantador. Generalmente son circulares. La
alimentación se realiza por tubería a una campana central, que sirve como reparto y de zona
tranquilizadora, con una altura tal que no influya en la zona inferior de
compactación. El fondo debe tener una pendiente mínima del 10%. El conjunto va equipado con un
mecanismo giratorio provisto de unas rasquetas de fondo para el barrido de los
fangos y su conducción a una poceta central desde donde se extraen, y de unas
piquetas verticales cuya finalidad es la homogeneización de la masa así como la
creación de canales preferenciales que faciliten la evacuación del agua
intersticial y de los gases ocluidos generados por fenómenos de fermentación.
El líquido sobrenadante se recoge por un vertedero perimetral y es enviado a
cabecera de la planta. El mecanismo giratorio suele ser de accionamiento
central, con doble brazo diametral. Este tipo de accionamiento es conveniente
para obtener el par necesario para asegurar el movimiento del sistema. Normalmente se instala un
limitador de par para evitar sobretensiones en el motorreductor. Es aconsejable
instalar un sistema automático deelevación de las rasquetas, para arrancar el
espesador, sobre todo después de paradas prolongadas, ya que los sedimentos más
espesados están en el fondo, aprisionando las rasquetas y haciendo difícil su
puesta en funcionamiento, sin que actúe el limitador de par. Una vez que el
mecanismo ha alcanzado su velocidad nominal se procede a introducir
automáticamente las rasquetas. El par motor del sistema de arrastre viene dado
por: • Par torsor con arrastre central = c aˆ™ r2/2 • Par torsor con arrastre
periférico = c aˆ™ r2 Siendo r = radio del espesador c = constante variable
según la Naturaleza del fango: • Fangos Primarios c = 45 Kg/m • Fangos Mixtos c
= 40 Kg/m • Fangos Biológicos c = 30 Kg/m La extracción de los fangos desde la
poceta central puede realizarse por gravedad mediante válvulas o bien por
aspiración directa mediante bombas. El sistema de extracción debe tener la
posibilidad de hacerse de forma temporizada, así como que la toma pueda realizarse a distintos
niveles. Para evitar posibles olores a menudo
se procede a recubrir el espesador mediante una cubierta estanca. Esta puede
ser fija, mediante obra de fábrica o bien desmontable, más aconsejable ya que
facilita el mantenimiento.
3.2. Espesamiento por flotación
Los fangos en exceso se espesan mediante el sistema de flotación debido al bajo
peso específico de los flóculos, y su débil capacidad para sedimentar y
compactarse. En un estudio realizado recientemente, se ha comprobado que el
grado de espesamiento conseguido dependía de la concentración inicial del fango.
Concentracionesfinales mayores se conseguían con fangos más diluidos. Además,
parece que la capacidad de espesamiento del
fango activado en exceso varía con el tiempo medio de retención celular con el
que funciona la planta. Hay cuatro variantes básicas de la operación de espesado:
flotación por aire disuelto, flotación al vacío, flotación por dispersión de
aire y flotación biológica. Sin embargo, sólo la flotación por aire disuelto
tiene utilización generalizada para el espesamiento de fangos. La mayor o menor
facilidad para que se produzca la flotación es función de los siguientes
factores:
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Afinidad del aire a la
partícula. Es necesario que la adhesión de las partículas a las burbujas sea
mayor que la tendencia que aquellas tienen a establecer contacto con el agua.
Por lo tanto, las partículas hidraulicaófilas tendrán menos afinidad a las
burbujas que las hidraulicaófobas. Densidad de la partícula. La flotación es
más fácil en partículas con densidad muy próxima a la del agua. Cuanto mayor sea la densidad,
mayor será la cantidad de aire que debe adherirse a ella para provocar la
flotación. Diámetro de la partícula. Cuanto mayor sea, es necesario más aire
adherido a la partícula. Por otra parte, el tamaño de la burbuja de aire afecta
de modo importante a la eficacia de la flotación, por diversos motivos: El
rendimiento de la adherencia de las burbujas a las partículas es función del tiempo que dichas
burbujas se mantienen en la suspensión y la oportunidad de contactos con dichas
partículas. Porlo tanto, cuanto menor sea el diámetro de las partículas, menor
será la velocidad ascencional de las mismas y mayor tiempo de retención
tendrán. Cuanto mayor es el tamaño de la burbuja, mayor será la necesidad del caudal de aire a
introducir para conseguir una buena equiparación en el tanque de flotación. El
tamaño de las burbujas influye también en la turbulencia en el tanque,
produciendo mayor turbulencia a mayor tamaño, reduciendo la eficiencia de la
flotación. El sistema más utilizado en el proceso de flotación de fangos es el
de la presurización. La producción de aire en este sistema consiste en disolver
aire en un líquido bajo una presión de varias atmósferas y, a continuación,
liberarlo hasta presión atmosférica, con lo que el aire disuelto forma
microburbujas que se adhieren a las partículas sólidas. La presurización puede
producirse de dos formas: Presurización directa total o parcial: se presuriza
todo o parte del
caudal de fangos. Presurización indirecta: se presuriza agua clarificada, ya
sea del propio efluente del
espesador o del
agua clarificada en el decantador secundario. La presurización directa es menos
aconsejable que la indirecta debido a los riesgos de obstrucción de los equipos
de presurización. Es empleado normalmente en pequeñas instalaciones. 3.2.1
Equipos fundamentales Los equipos fundamentales de que consta una flotación por
aire disuelto mediante presurización son: Bomba de presurización. Las bombas
deben tener como
característica principal, la de uniformidad de presión dentro de un rango
amplio de caudales.Depósito de presurización. Consta de un balón o depósito a
presión donde se produce la disolución del
aire comprimido y del
agua o fango a presurizar. El sistema de mezcla debe asegurar el contacto de la
mayor superficie de fluido con el aire, para conseguir la concentración del aire en el agua lo
más próxima posible a la saturación. Sistema de inyección de aire. Este sistema
se regula mediante presostato en un rango apropiado a la presión deseada en el
depósito de presurización. La automatización del
sistema de presurización se consigue mediante la instalación de niveles de
comando en el balón que actúan sobre válvulas automatizadas que regulan la
entrada al recipiente tanto del fluido a
presurizar como del aire a disolver. Válvulas reductoras de
presión. El fluido presurizado se introduce en el tanque de flotación y con
objeto de formar las microburbujas sin crear turbulencias en el volumen de agua
del tanque,
es necesario crear una pérdida de carga en la corriente de agua presurizada.
Esta rotura de carga se realiza mediante válvulas adecuadas con el objetivo de
que la presión del líquido presurizado que se
introduce en el flotador sea constante e igual a la presión atmosférica más la
presión de la columna de agua existente entre el punto de introducción del líquido en el
tanque. Tanque de flotación. Puede ser rectangular o circular, siendo éste el
más utilizado. Un grupo de accionamiento compuesto por un motorreductor actúa
sobre unas rasquetas de fondo que empujan los fangos hacia un canal o tolva
84
Ingeniería de aguasresiduales/Versión para imprimir de recogida de fangos, de
longitud aproximadamente igual a la mitad del radio con una rampa de carga que engarza
con el sistema de rasquetas superficiales. La profundidad debe ser ligeramente
por debajo del nivel en el tanque para
asegurar la recogida en la zona superior más concentrada del lecho de fangos. La alimentación está
constituida por una campana de reparto que tiene por objeto lograr un reparto
homogéneo y una tranquilización de la mezcla. La recogida de los fangos de la
tolva central se realiza periódicamente. Los fangos espesados y los flotados se
mezclan en una cámara provista de agitador para seguir la línea de tratamiento dispuesta. El líquido
clarificado se recoge por rebose en un vertedero perimetral. La toma se debe
alejar del
fondo de forma que no le afecten los fangos que puedan depositarse.
Generalmente se efectúa a través de un tabique deflector en forma de sifón.
85
Estabilización o digestión
4.1. Estabilización aerobia.
La digestión aerobia de los sólidos se produce, sea o no intencionadamente en
cualquiera de los casos de tratamiento secundario convencional. En el proceso
de aireación prolongada, la digestión aerobia se continúa casi hasta el máximo
límite obtenible de reducción de materia orgánica (volátil). La aireación
prolongada es un proceso biológico en el que se digieren por vía aerobia, es
decir, en presencia de oxígeno. El fango en exceso producido se conduce, bien
sólo o bien mezclado con los fangos primarios, al proceso de estabilización. El
fango biológico tiene una grancantidad de materia orgánica en forma de células
y microorganismos que han estado oxidando la materia orgánica en el tratamiento
secundario y que después de éste se encuentra en pequeña proporción. En la estabilización
lo que se pretende es continuar la oxidación de la materia orgánica que, en
este caso, es celular. Dentro del metabolismo de los microorganismos podemos
distinguir dos fases: • La fase de asimilación o síntesis. • La fase de
desasimilación o respiración endógena. Durante la primera fase los organismos
consumen el alimento disponible creando nueva materia celular activa. Es la
fase de crecimiento celular. Pero los organismos también necesitan respirar,
moverse, y ejercer sus funciones vitales, para lo cual consumen reservas y, por
tanto, parte de su propia biomasa. Esto constituye la segunda fase de su
metabolismo, en la cual decrece su materia activa. En el tratamiento secundario
se desarrolla principalmente la primera fase y cuando los fangos (que son
básicamente células) llegan a la estabilización aerobia se desarrolla
fundamentalmente la fase de respiración endógena, para completar así la
oxidación total de la materia orgánica que entró en la planta. 4.1.1.
Aplicación, ventajas e inconvenientes de la digestión aerobia La estabilización
aerobia se utiliza en procesos biológicos que no tienen tratamiento primario, como es el caso de la
aireación prolongada a baja carga. En estos casos, la baja carga y los altos períodos de
retención hacen que los fangos biológicos ya estén en parte estabilizados y,
por tanto, las necesidadesde oxígeno (O2) son menores, reduciéndose los costes
de explotación. Además, en baja carga la producción de fangos es menor. También
se utiliza para fangos mixtos, pero en este caso se necesita un aporte de O2
hasta 9 veces mayor que cuando se emplea sólo fango biológico. Esto hace que
muchos países no utilicen la estabilización aerobia cuando existen fangos
primarios. En cualquier caso, dado el alto coste económico, en España sólo se
utiliza en poblaciones de 40-50000 habitantes, aunque en otros países este
límite es aún más bajo (hasta 10000 habitantes en Inglaterra). A continuación
se resumen, las características de la digestión aerobia de fangos.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir • • • • • • • • • Altos
costes de funcionamiento. Produce un fango con alto contenido en agua, más
difícil de secar posteriormente. Alta producción de fangos estabilizados. Tiene
límite de carga que se puede tratar. Bajos costes de inversión en equipos.
Produce sobrenadantes que suelen ser fáciles de tratar cuando se recirculan en
la instalación. Reducción de materia orgánica en similares proporciones, pero
con menores tiempos de retención. Produce pocos olores. Las tareas de control y
limpieza presentan baja peligrosidad.
86
4.1.2. Descripción del proceso Los tanques de digestión aerobia pueden ser
circulares o rectangulares, de 5 a 6 metros de profundidad, sin cubierta o con
cubierta (en el caso de climas fríos, para ayudar al mantenimiento de la
temperatura). Los tanques van provistos de equipos de aireación de tipo turbina
odifusores, para mantener las condiciones aerobias. Cada tanque tiene una
turbina de alimentación de fangos a media profundidad y tras un tiempo de
retención de aproximadamente 20 días, el fango estabilizado se conduce mediante
otra tubería a un espesador. Los fangos espesados pueden o no ser recirculados,
siendo lo primero lo más habitual. Esto permite aumentar los rendimientos. El
sobrenadante es conducido a cabecera de planta.
4.2. Estabilización anaerobia.
Los fangos provenientes de la etapa de espesamiento de una E.D.A.R. tienen una
concentración de sólidos que puede ir desde el 8-10% en los fangos primarios,
hasta el 4-7% en fangos mixtos, o el 2-3% en fangos activos. De este contenido
total de materia sólida de un fango se puede considerar que aproximadamente un
70% en peso está formado de materia orgánica y un 30% de materia inorgánica o
mineral. Sólo la primera puede descomponerse en un proceso de digestión o
estabilización. En un proceso de digestión anaerobia se consigue: • La
reducción del
volumen ocupado por los fangos. • La eliminación o destrucción de gran parte de
la materia orgánica que contienen los fangos, disminuyendo así el riesgo de
putrefacción y la producción de malos olores. • La destrucción casi total de
gérmenes patógenos. • La obtención de metano, de gran poder calorífico, que
puede ser utilizado como
fuente de energía dentro de la planta. Todo ello hace que el fango resultante
sea fácilmente secable y capaz de ser evacuado sin grandes problemas. 4.2.1.
Ventajas e Inconvenientes Con respecto a la digestiónaerobia de fangos: • • • •
• • • • Menores costes de explotación al no utilizar la aireación como parte del
proceso. Concentra mejor el fango y mejora su secado posterior. Produce gas
metano que proporciona energía para otras operaciones. Pequeña producción de
fangos estabilizados. Tiene capacidad para tratar altas cargas hidráulicas y
orgánicas. Mayores costes de inversión en su construcción. Produce líquidos
(sobrenadantes) que pueden ser difíciles de tratar cuando se recirculan en la
instalación. Los fangos necesitan una nueva estabilización antes de su
evacuación final.
• Arranque lento y delicado.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir 4.2.3. Funcionamiento En
un tanque de digestión anaerobia los sólidos orgánicos procedentes de las aguas
residuales se descomponen (el volumen de sólidos totales se reduce, por tanto)
en ausencia de oxígeno. Esto es llevado a cabo por la acción de al menos dos
grupos diferentes de bacterias que viven juntas en el mismo medio. Estos grupos
bacterianos son: • Las bacterias formadoras de ácidos, que convierten los
sólidos complejos en sólidos más simples (llamados ácidos orgánicos), anhídrido
carbónico (CO2) y agua (H2O), fundamentalmente. El pH óptimo de crecimiento es
bajo. • Las bacterias formadoras de metano, que convierten los ácidos en metano
(CH4), (CO2) y (H2O) principalmente. El pH óptimo de crecimiento es próximo a
la neutralidad. En general, se considera que un digestor funciona adecuadamente
cuando la reducción de sólidos orgánicos (volátiles) en el fango de salida está
entre un40 y un 60 % del
existente en el fango de entrada. Para
conseguir esto el mantenedor debe de controlar de tal manera el digestor que
las reacciones de formación de ácidos y la reacciones de formación de metano
estén en equilibrio. Esto se puede conseguir mediante el control de parámetros
tales como: • •
• • El suministro de alimento (sólidos orgánicos) al digestor. El mezclado
dentro del
digestor. La temperatura dentro del
digestor. La relación de ácidos volátiles/alcalinidad dentro del digestor.
87
La causa más frecuente de desequilibrio es que las bacterias formadoras de
metano son organismos anaerobios muy sensibles y de crecimiento más lento, por
lo que a veces no siguen el ritmo de las formadoras de ácidos y el digestor se
acidifica porque la velocidad de transformación de los ácidos es demasiado
baja.
Deshidratación
Después que el fango ha pasado por el proceso de digestión, debe secarse y
evacuarse. El problema que nos planteamos es el de eliminar los fangos
digeridos de la manera más práctica y menos costosa posible, aumentando el
porcentaje de materia seca lo más posible para reducir su volumen al máximo.
Con los métodos que se emplean se consiguen fangos deshidratados con un 20-40%
en peso de materia seca. El sistema de deshidratación empleado dependerá de las
características de la E.D.A.R., del tipo de
fango y del
destino final de los mismos. Las estaciones depuradoras pequeñas suelen tener
eras de secado, mientras que las mayores utilizan sistemas mecánicos de secado.
5.1. Eras de secado de fango.
Los lechos oeras de secado están constituidos por una capa de material
drenante, dividida en compartimentos y sobre la que se vierte el fango en
espesadores de 20-30 cm como
máximo. La capa de material drenante debe estar constituida por una capa de
arena de unos 10 cm de espesor, dispuesta sobre una capa soporte de grava de 20
cm. La superficie total de las eras se divide en unidades menores de tal forma
que se llene cada una de ellas con la normal extracción de fangos digeridos
correspondientes a dos días. El fango a secar puede ser llevado a las eras a
través de canales abiertos o a través de tuberías. En el primer caso, se
emplean compuertas de tajadera a la entrada a cada lecho de secado, y en el
segundo, el aislamiento deberá hacerse con válvulas. El sistema de drenaje
subterráneo bajo la capa de soporte debe cuidarse al máximo. El número de
tuberías y la pendiente de las mismas deben permitir un drenaje homogéneo de
toda la masa de fango, y conducir toda el agua drenada a una arqueta de drenaje
general, donde se bombeará a cabecera de instalación. El secado de los fangos
en las eras se logra mediante drenaje (filtración) y evaporación:
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir • En una primera fase, el
agua abandona el fango por filtración a través de la arena, favoreciendo el
desprendimiento de los gases ocluidos y disueltos, que tienden a hacer flotar
los sólidos. Esta fase puede durar las 12-18 primeras horas, en el caso de
fangos urbanos. En ella se obtiene una suspensión fangosa de hasta el 20% de
sequedad. • La segunda fasede evaporación es más lenta, y produce una
disminución de la capa de fangos, agrietando la superficie y favoreciendo la
evaporación de las capas inferiores, al ser las grietas cada vez más profundas.
Al final de esta fase el fango tendrá una consistencia tal que le permitirá ser
paleable. La sequedad obtenida podrá llegar a ser de hasta un 40%. La
extracción del
fango es normalmente manual, vertiendo el fango en carretillas o cintas
transportadoras, que lo conducen fuera de las eras para ser almacenados o
cargados sobre camión. Con la retirada del
fango también se elimina algo de arena de la capa drenante al quedar adherida a
la torta lo que obligará, cada cierto tiempo, a reponer la arena. 5.1.2.
Funcionamiento. Antes de extender el fango, hay que aflojar la capa de arena
apelmazada con una horquilla de fangos con púas de 20 a 30 cm de longitud, que
se introducen en la arena y se remueven hacia delante y hacia atrás varias
veces, teniendo cuidado de no mezclar las capas de arena y grava. Después de
haber realizado esta operación por toda la superficie de la era, hay que
rastrillarla con rastrillo de jardín para deshacer los terrones de arena.
Después se iguala la arena de la era con el mismo rastrillo o arrastrando una
tabla con cuerdas para alisar la superficie. A continuación, ya se puede verte
el fango extraído del fondo del
digestor primario o secundario (digestión anaerobia de fangos) o del espesador
(estabilización aerobia de fangos). En el primer caso, el fango ha de extraerse
lentamente para no crear vacío dentro del
digestor. Estorequiere comprobaciones frecuentes, para asegurarse de que el
fango no se espesa y deja de fluir por completo. La profundidad de la capa de
fango extendida sobre la era es, normalmente, de unos 30 cm, pero puede
llegarse a los 45 cm durante las épocas muy calurosas. En las proximidades de
la extracción de fangos para secado debe prohibirse fumar o encender fuego. El
fango aún contiene algo de gas metano, como lo
ponen de manifiesto las burbujas que aparecen en la superficie del fango en una era
fresca. Ha habido casos de explosiones e incendios causados por una cerilla
encendida o un cigarrillo arrojados a una era de secado de fangos. Después de
haber llenado una era de secado, debe limpiarse con agua a chorro la tubería de
extracción de fangos, para desprender los sólidos que hayan podido adherirse a
las paredes de la misma, y también conviene que un extremo quede abierto, para
que se escape el gas que se forma. Cuando las grietas llegan a la arena, ya
puede retirarse el fango manualmente por medio de horcas. El único gran
inconveniente de las eras de arena es que no se pueden usar equipos pesados,
porque el peso podría estropear el sistema de drenaje subterráneo. Otros
inconvenientes son que la acción de rastrillado puede mezclar la arena con la
grava y que en la retirada de fango seco se recoge parte de la arena, lo que
obliga a reponerla cada cierto tiempo. Pueden colocarse pequeñas tablas sobre
la arena para carretillas, y depositar la torta de fangos en ellas para
trasladarla al lugar de evacuación. La torta de fango seco tienenormalmente un
espesor de 7 a 15 cm y no es pesada a no ser que vaya con el fango una gran
cantidad de material inorgánico sedimentable. Si una era se llena
accidentalmente con fango “verde” (parcialmente digerido), requerirá una
especial atención. El agua no drenará con rapidez, se producirán malos olores y
la retención del
agua proporcionará un excelente terreno de cría para insectos molestos (moscas,
mosquitos, gusanos, etc.). Será beneficioso entonces, la adición de cal seca
extendida sobre la era con una pala, y la pulverización con algún pesticida. En
este caso, no deberá utilizarse el fango como
fertilizante.
88
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
89
5.2. Secado mecánico.
En las depuradoras en las que se producen grandes volúmenes de fango y no se
pueden utilizar eras de secado, se puede llevar a cabo el secado mecánico
mediante: • Filtros de vacío. • Centrífugas. • Filtros banda. • Filtros prensa.
En general, en el caso de la deshidratación mecánica, los fangos deben ser
previamente acondicionados, bien química bien térmicamente. 5.2.1.
Acondicionamiento de los fangos. El acondicionamiento se realiza para facilitar
la pérdida de agua de los fangos durante el secado mecánico, haciéndolo más
rápido, eficaz, y rentable económicamente. Consiste, básicamente, en romper la
estabilidad de las partículas que están en el fango, aumentando su tamaño
artificialmente. Un acondicionamiento adecuado del
fango es la base para un correcto funcionamiento del sistema de deshidratación.
Acondicionamiento químico Losreactivos que se emplean pueden ser de origen
mineral u orgánico. Normalmente, los reactivos minerales se adaptan mejor a una
deshidratación por filtros de vacío y filtros prensa, y los reactivos orgánicos
a la centrífuga y filtro banda. La cal (CaO) y el cloruro férrico (FeCl3) son
los reactivos minerales más empleados y conducen a la formación de un flóculo
(aglomerado) relativamente fino y estable. También se suelen emplear sales
ferrosas y varias sales de aluminio. Cuando se emplea cal y cloruro férrico,
los porcentajes son, normalmente, del 30% y del 3-12%, respectivamente, con relación con las materias
secas del
fango. Para conseguir una buena floculación (aglomeración) del fango, es necesario garantizar unos
tiempos de maduración de 15-30 minutos. Este tiempo se consume en la cámara de
mezcla y el resto en la arqueta del
filtro a vacío o en el depósito que precede al filtro prensa. Los
polielectrolitos orgánicos pueden ser aniónicos o catiónicos. Los primeros son
eficaces para el acondicionamiento de fangos fuertemente minerales (materia
volátil/materia seca = 30-35%). Los segundos, para los fangos con elevado
contenido de materia orgánica (materia volátil/materia seca = 50-75%) y para
los mediamente mineralizados (materia volátil/materia seca = 35-45%). Los
polielectrolitos se suministran en forma de polvo o líquido muy viscoso (15-30%
de producto activo). Para asegurar un buena
mezcla con el fango conviene inyectarlo en forma de solución acuosa muy diluida
(0,05-0,1%). Lo que se hace es preparar disoluciones madres al 0,3-1% de
producto,que se diluyen instantáneamente y de forma continua antes de su
inyección den el fango. Esta inyección es realizada en la tubería de llegada del fango al sistema de
deshidratación. Para los productos en polvo, caso más frecuente, la preparación
de la solución madre comprende, en primer lugar, una fase de mojado o
dispersión del
producto. Esta dispersión debe hacerse con sumo cuidado para evitar la
formación de grumos que tarden mucho tiempo en disolverse. Una vez preparada la
solución madre, debe dejarse madurar durante una o dos horas.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Acondicionamiento térmico
Consiste en una cocción de los fangos a una temperatura de 160 a 210 sC. La
sequedad que se consigue en fangos acondicionados térmicamente son,
generalmente, superiores a los que se consiguen cuando se emplean reactivos
químicos. Además, se consigue una deshidratación del fango. Los líquidos que se extraen de
los fangos cocidos deshidratados están muy contaminados (2000-5000 ppm de
DBO5), lo que obliga a disponer de un depósito amortiguador de almacenamiento
para poder inyectarlos a la entrada de la depuración biológica en las horas de
menor contaminación. En algunos casos, será preciso tratar los líquidos con un
tratamiento biológico independiente. El acondicionamiento térmico requiere
importantes inversiones de instalación y elevados costes de mantenimiento. Esto
hace que sea interesante, sobre todo, en grandes plantas, en las que existan
una digestión anaerobia de los fangos. El gas producido en exceso en la
digestiónsirve para satisfacer gran parte de la demanda energética necesaria, y
los digestores se utilizan como
depósitos de almacenamiento. Esto permite mantener la cocción con un caudal
continuo y estable de fangos. 5.2.2. Filtros de vacío. Es un sistema mecánico
de deshidratación de fangos que hoy en día ha sido desplazado por otros
sistemas más sencillos de mantenimiento y de menor coste energético. Consiste
fundamentalmente en un cilindro rotatorio, sobre el que descansa el medio
filtrante. El cilindro va sumergido parcialmente en un tanque en el que se
encuentra el fango a deshidratar que ha sido acondicionado previamente. El
tambor gira a una velocidad del
orden de 10-30 revoluciones por hora. Las diversas celdas en que se encuentra
dividida su superficie exterior, van recubiertas por una tela filtrante
constituida, normalmente, por fibras sintéticas. El vacío aplicado al filtro
varía entre 300-600 mm de Hg y viene creado por una bomba completamente
exterior. El vacío llega a las celdas a través de un cabezal de control o
válvula automática y las tuberías de filtrado consiguientes. Este vacío provoca
la absorción del
líquido a través de la tela filtrante, en tanto que los sólidos en suspensión
se depositan sobre ella en una capa uniforme. A medida que el tambor avanza,
las celdas van pasando por unas fases de filtración, secado, descarga de la
torta y lavado de la tela. Gracias al cabezal de control, se produce una
presión diferencial entre los diversos sectores, dependiendo en cada uno de
ellos de la fase en que se encuentren. El líquidofiltrado circula por los tubos
de filtrado hacia la válvula automática y de ésta pasa a un separador de
filtrado auxiliar, de donde por medio de una bomba se reenvía normalmente a
cabecera del
tratamiento de agua. La tela filtrante requiere un lavado a alta presión
después de 12 ó 24 horas de servicio y, en algunos casos, un baño de ácido
después de 1000 ó 5000 horas de funcionamiento. Su duración varía de 200 a
20000 horas. 5.2.3. Centrífugas. Consiste esencialmente en un tambor
cilíndrico-cónico que gira sobre un eje horizontal a gran velocidad. El fango a
deshidratar se introduce en la cuba
a través de la conexión de entrada por medio de la alimentación. En el interior
del tambor, debido a la fuerza centrífuga producida por el giro de éste, la
parte más pesada de la mezcla se deposita en el interior, donde es arrastrada a
la salida de los sólidos por un tornillo helicoidal que gira a distinta
velocidad que el tambor. La parte cilíndrica del tambor está destinada a la sedimentación
de las partículas sólidas, mientras que la parte cónica produce un escurrido
progresivo de las mismas, hasta llegar a la salida exenta de líquido libre. El
agua, al tener un peso específico distinto al de los sólidos, ocupa dentro del tambor una zona
distinta, formando un anillo interior al formado por los sólidos.
90
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir El líquido que sale de la
centrífuga se devuelve a los decantadores primarios, y la torta de fango pasa a
un pozo de recogida o a una cinta transportadora para su evacuación. El
recorrido delas fases sólidas y líquida entre el tambor y el cuerpo de tornillo
se realiza en contra-corriente (la parte cilíndrica, el sólido y el líquido
circulan en sentido en la parte cilíndrica). Una gran parte de arenas en el
fango aumenta la velocidad de desgaste de la centrífuga. El caudal de
alimentación, la profundidad del depósito del fango, la velocidad de giro de la centrífuga y otros
factores determinan el estado de la torta descargada y la calidad del líquido
centrifugado. 5.2.4. Filtros banda. Este sistema está basado en la buena
drenalidad del
fango previamente acondicionado con poliectrolito. El fango floculado tiene una
gran capacidad de escurrir muy rápidamente por simple drenaje, cuando se coloca
sobre un tamiz o tela de abertura de malla relativamente grande. Un filtro
banda es un sistema mecánico de deshidratación que permite al fango floculado
un drenaje libre y un posterior prensado progresivo. El fango floculado tiene
una estructura relativamente frágil y, por ello, la suspensión debe ser
manipulada con sumo cuidado para evitar la formación de finos por ruptura de
los mismos, lo que obstaculizaría el drenaje por atascamiento de la banda o
conduciría a pérdidas de sólidos que pasarían a través de la tela. La fase de
drenaje tiene una importancia esencial, ya que permite conferir al fango una
cohesión o resistencia suficiente para la fase
siguiente de expulsión del
agua por prensado progresivo. En esta primera fase, el fango se vierte sobre
una banda portadora, durante su recorrido deja salir parte del contenido inicial delagua. De esta forma
llega a una zona de cuña formada por la banda portadora y una segunda banda
donde, bajo una presión ascendente, los fangos se deshidratan hasta obtener una
consistencia adecuada para su posterior tratamiento en las siguientes zonas de
filtración. Durante la fase de prensado, las bandas filtrantes con la torta
situada entre ellas, son guiadas a través de unos tornillos de prensado que
simultáneamente producen un efecto de cizalladura, consiguiéndose la
deshidratación de la torta hasta su mayor contenido en materia seca. La presión
ejercida entre las bandas depende del
tensado de las mismas que se fija en la puesta en marcha, mediante un
dispositivo adecuado, y tampoco debe ser variado posteriormente. Una vez que la
torta de fangos ha pasado la zona de cizalladura, es descargada de la banda
filtrante por medio de rasquetas. La velocidad de avance imprimida a las bandas
depende de la drenabilidad de la suspensión floculada para una zona de drenaje
dada. Por tanto el mejor ajuste de la máquina debe encontrarse por medio de
ensayos. La presión de deshidratación se consigue principalmente por la presión
de las telas de filtración, que se obtiene mediante cilindros neumáticos o
hidráulicos que actúan sobre unos rodillos móviles. 5.2.5. Filtros prensa. En
algunos casos es necesario obtener una sequedad del fango deshidratado superior a la que es
posible conseguir con los sistemas anteriormente descritos. Es el caso de los
fangos que son incinerados o en los que el transporte de la torta resulta a un
precio tan elevado que esimportante una reducción máxima de su peso y volumen.
El filtro prensa es el único sistema que garantiza unas presiones efectivas muy
elevadas, con las que se consiguen sequedades de torta máximas. Un filtro
prensa está constituido esencialmente por un conjunto de placas acalanadas,
recubiertas de una tela filtrante, que en su posición vertical, se yuxtaponen y
apoyan fuertemente unas contra otras por tornillos hidráulicos que están
dispuestos en uno de los extremos de la batería.
91
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir El fango se bombea al
filtro a través de unos orificios de comunicación, que se encuentran situados
en el centro de cada placa, pasando a ocupar el espacio existente entre cada
dos de ellas. Debido a la progresiva presión ejercida, parte del agua contenida en el fango lo abandona,
transpasando la tela filtrante, y yendo a los orificios acanalados de la placa,
donde son encauzados a los conductos de evacuación situados en los extremos de
las mismas. Así, el espesor de la torta obtenida se corresponde con la parte
hueca central que queda entre las dos placas. La estanqueidad del conjunto queda asegurada por la presión
que una placa aplica sobre otra.
92
Destino final de fangos
1. GESTIÓN INTEGRAL DE LAS DEPURADORAS
Con la construcción de las primeras estaciones depuradoras, el principal
objetivo a conseguir era la depuración de las aguas. Hoy en día, el problema de
contaminación de las aguas se encuentra en su mayor parte solucionado, conforme
se han ido desarrollando nuevas técnicas, tanto a nivelurbano como industrial,
los procesos se han ido mejorando, con el objeto de obtener las mejores
calidades y máximos rendimientos en los efluentes que se vierten al medio en
unas condiciones tales que no produzcan impactos en el medio ambiente que los
rodean ni supongan un riesgo para los humanos y animales. Sin embargo, estos
procesos de depuración generan una serie de residuos, los conocidos lodos de
depuración, cuyo fin es el de retener los contaminantes antes arrastrados por
las aguas. Así pues, cuando se plantea la gestión integral de las aguas
residuales, no nos podemos olvidar de los lodos. Su gestión adecuada es
indispensable para que todos los esfuerzos realizados con anterioridad sean
válidos. La calidad de los residuos obtenidos, en cuanto a su composición
química y física, debe tenerse en cuenta, e incluirse dentro de los planes de
gestión de las depuradoras, cuyo funcionamiento no debe reducirse sólo a la
calidad de las aguas. Es cierto, que dentro de la preocupación de los gestores
actuales de las estaciones depuradoras, entendiendo como tales tanto a las administraciones
públicas como a las diversas empresas adjudicatarias de los servicios de
explotación de las mismas y a los propios industriales, se encuentra en la
búsqueda a una solución real y con futuro para el destino final de estos lodos,
con el mínimo impacto ambiental y que permita a su vez la valorización de las
materias que contienen.
2. sQUÉ SON LOS LODOS?
Los lodos son compuestos de subproductos recogidos en las diferentes etapas de
descontaminación de lasaguas residuales. Su producción resulta de un proceso de
acumulación consecutivo de tres fenómenos combinados: • la producción de
microorganismos • la acumulación de materias en suspensión minerales • la
acumulación de materias orgánicas no biodegradables en las condiciones de
trabajo Una característica muy importante de los lodos es la fuerza con la que
el agua está ligada a la materia seca que contienen. Una parte del agua se presenta como
agua libre, pero la mayor cantidad del
agua adicional requiere de fuerzas externas para ser eliminada. En general, sus
principales características son: • Sequedad: 20-30% • Materia orgánica: 60-80%
• Materia inerte: 40-20% • Nitrógeno: 3-5%
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Escaso contenido en
macroelementos (P y K) Posible presencia de metales pesados Microorganismos
patógenos: bacterias, parásitos intestinales y virus Existen dos grandes tipos
de lodos: Urbanos: Generados durante el tratamiento de las aguas residuales de
origen doméstico. Poseen un contenido en materia volátil elevado (70% de la
materia orgánica seca). En lo que concierne a su producción, se parte de la
estimación de que un habitante produce entre 15-20 Kg de materia seca/año ( 0,2
Kg de MS/m3 de agua depurada). (FALTA FIGURA) Industriales: Generados durante
el tratamiento de las aguas industriales y sus características dependen de la
naturaleza de las actividades industriales asociadas. Por ejemplo, las
industrias agroalimentarias producen lodos orgánicos, mientras otros lodos
industriales son esencialmenteminerales y contienen elementos traza metálicos
(lodos hidróxidos) u orgánicos. Su producción alcanza los mismos niveles que la
de los lodos urbanos.
93
3. PLAN NACIONAL DE LODOS 2001-2006
Resolución 14 de Junio de 2001 de la Secretaría General de Medio Ambiente,
publicado en BOE ns 166, Jueves 12 de Julio de 2001.
3.1 Marco legal de referencia
Normas de carácter agronómico Posibilidad de uso como abonos y enmiendas
orgánicas en suelos Directiva 86/278/CEE, relativa a la protección del medio
ambiente y en particular de los suelos en la utilización de lodos con fines
agrícolas. Establece los contenidos máximos de metales pesados en los lodos
destinados a uso agrícola, así como en los suelos objeto de estas aplicaciones
Prohíbe la aplicación en algunos cultivos, al tiempo que establece plazos para
su aplicación en los cultivos autorizados. Considera la necesidad de mantener
un código de buenas prácticas agrícolas a fin de garantizar la protección del suelo y de las aguas
superficiales y subterráneas. Determina la realización de analíticas de lodos y
suelos, obliga a facilitar información al usuario y a mantener un registro de
los puntos de aplicación, sin llegar a definir a quién corresponde la
caracterización de los suelos. Establece los métodos oficiales para la
caracterización de los lodos así como
para el muestreo y análisis de los suelos objeto de aplicación.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Real Decreto 1310/1990 del
Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación Por el que se transpone la
Directiva 86/278a nuestro ordenamiento jurídico interno y se regula la
utilización de lodos de depuración en el sector agrario Incorpora íntegramente
el texto de la norma (para algunos metales en suelos aplica criterios más
estrictos) Orden de 26/10/1993 del MAPA sobre utilización de lodos de
depuración en el sector agrario Desarrollo del R.D. 1310/1990 del Ministerio de
Agricultura, Pesca y Alimentación Obligación de facilitar al órgano competente
información semestral sobre producción, características y puntos de aplicación
(Ficha Semestral de Explotación Agrícola) Orden de 22/11/1993 de la Consejería
de Agricultura, Pesca y Alimentación por la que se desarrolla en el ámbito de
la Comunidad Autónoma de Andalucía el R.D. 1310/90 y Orden 26/10/1993 Normas
aplicables a residuos Los lodos de depuración son considerados como residuos no
peligrosos y se encuentran incluidos en el Catálogo Europeo de Residuos (CER)
con el código 190805. • Directiva 91/156/CEE de 18 de marzo de 1991, relativa a
residuos transpuesta al Derecho español mediante la Ley 10/1998 de 21 de Abril
de Residuos • Decisión de la Comisión 94/3/CE, de 20 de diciembre de 1993, por
la que se establece el Catálogo Europeo de residuos (CER), incorporado a
nuestro ordenamiento por la Resolución del Ministerio de Medio Ambiente de 17
de noviembre de 1998. Introducen en nuestro ordenamiento jurídico algunos
nuevos principios de gestión que hay que respetar, como
el de priorización y el de responsabilidad del productor. Otras normas A las
instalaciones para la gestión de lodos les es de aplicaciónla Directiva
96/91/CEE relativa a la prevención y al control integrados de la contaminación
(IPPC), que entre cosas contempla la utilización de las mejores técnicas
disponibles (BAT / MTD) en las actividades de gestión de lodos de depuración.
El desarrollo de la MTD aún no se ha elaborado.
94
3.2 Situación actual y previsiones
Al parecer se han encontrado con muchas dificultades en la realización del Plan debido a la
falta de datos existente por la reticencia a proporcionar información por parte
de los gestores de los lodos, por lo que existen muchas deficiencias. Aunque no
se dispone en España de datos cuantitativos verificados y comprobados ni sobre
la generación de lodos ni sobre su gestión, la producción de lodos en 1998
estuvo entorno a 800.000 Toneladas de materia seca, lo que equivale, en
términos de residuos (lodo deshidratado), a unos 3,5 millones de toneladas.
Estos lodos fueron destinados a:
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
95
Uso agrícola 51% A vertedero Incinerado 22% 4%
Para el año 2005 se estima que la producción de lodos será de 1.547.976 t de
materia seca, repartidas por CCAA de la siguiente manera:
Comunidad autónoma Andalucía Aragón Asturias Baleares Canarias Cantabria
Castilla y León Castilla la Mancha Cataluña Ceuta t m.s./año 312.500 41.000
36.000 29.000 54.000 18.000 81.000 56.000 200.000 1.200
Comunidad Valenciana 130.000 Extremadura Galicia La Rioja Madrid Melilla Murcia
Navarra País Vasco España 36.000 90.000 8.000 178.000-342.862 1.100 37.000
11.314 63.0001383.114-1.547.976
3.3 Equipamientos e infraestructuras existentes en la actualidad en España
3.3.1 Plantas de compostaje =
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
96
Cataluña Castilla- León Baleares Valencia Madrid Navarra Región de Murcia
Reus Vilaseca-Salou Blanes Manresa Teia Burgos Ciudatella Felanitx Sa Pobla
Ariany Aspe Pinedo Madrid (2) Guadalix de la Sierra Pamplona Estella
Cañadahermosa
En proyecto se encuentra una planta en Olot (Cataluña). La capacidad total de
tratamiento de estas plantas es del
orden de 560-600.000 t/año de lodos deshidratados. También existen algunas
plantas de iniciativa privada que utilizan lodos como
una materia prima del
compost. 3.3.2 Plantas de secado térmico =
Cataluña Banyoles Granollers Montornés del Vallés Sabadell
Castilla- León Valladolid
Están previstas nuevas plantas en Asturias, Mataró y Rubí (Cataluña), León
(Castilla-León), Valencia (Valencia), Bahía de Mallorca (Baleares), Madrid y
Butarque (Madrid). Se estima en unas 680-700.000 t/año de lodos deshidratados
la capacidad total de tratamiento en España. 3.3.3 Plantas de digestión
anaerobia
Cataluña Reus Sabadell Girona Lleida Navarra Pamplona Estella Olite-Tafalla
Existen otras en proyecto en Andalucía (Jerez)
y La Rioja (Logroño y Haro). 3.3.4 Plantas de incineración
Andalucía Aragón Valencia Córdoba Zaragoza Pinedo
País Vasco Galindo
La capacidad total de estas plantas es del
orden de 200.000 t/año de lodos de deshidratados.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
97
3.4Posibilidades tecnológicas de reutilización y valorización de los Lodos de
Depuradora
Tres son los principales usos posibles de lodos: Aplicación al suelo con fines
de fertilización y reciclaje de nutrientes y de la materia orgánica
Valorización energética, incluyendo biometanización Depósito en vertedero Este
es el orden de prioridad en que se debe decidir el destino final de los fangos
El Plan Nacional de Lodos, siempre que los lodos cumplan los requisitos
legales, incluidos los que puedan establecerse en el futuro (bajo contenido en
metales pesados y otros contaminantes orgánicos, así como patógenos y exista
disponibilidad de suelo apto para su aplicación) considera que la opción más
sostenible es el reciclaje de nutrientes y materia orgánica mediante su
aplicación al suelo.
3.5 Objetivos ecológicos del Plan
Los objetivos que se persiguen con el Plan son los siguientes: Reducción en el
origen de la contaminación de los lodos Caracterización de los lodos generados
en España antes del 2003 Valorización de al menos el 80% de los lodos antes del
2007 Aplicación agrícola de al menos un 25% de los lodos compostados, antes del
2007 Valorización en usos agrícolas de al menos el 40% de los lodos tratados
anaeróbicamente o sometidos a otros tratamientos, antes del 2007 Valorización
energética del 15% de lodos antes del 2007 Reducción a un máximo del 20% de los
lodos depositados en vertedero antes del 2007 Creación de un sistema
estadístico y bases de datos sobre lodos y su gestión, para su integración en
el futuro Inventario Nacional de Residuos.3.5.1 Medidas que se adoptarán para
lograr los objetivos Puesta en práctica de un programa de prevención para
reducir la contaminación en origen de los lodos Puesta en práctica de un programa
de caracterización sistemática de los lodos y un programa de muestreo de suelos
receptores Ayudas a la construcción de plantas de compostaje de lodos Apoyo a
la implantación y mejora de otras líneas de tratamiento de lodos Ayudas a la
construcción de centros de recogida y almacenamiento intermedio de lodos
Elaboración de códigos para la correcta gestión y aplicación de los lodos en
los suelos, a realizar en colaboración con el MAPA y las CCAA Promoción del uso
de lodos en terrenos públicos (cultivos, jardines, etc) Ayudas a las
iniciativas tendentes a la búsqueda de nuevos usos de lodos Programa de I+D+I
para apoyar, técnica y científicamente, las actuaciones anteriores.
(tecnologías de tratamiento, optimización de alas aplicaciones…) Ayudas a los
programas de divulgación, formación y concienciación ciudadana tendentes a
ampliar la demanda de lodos, en particular por parte del sector agrario Ayudas
a la elaboración de un sistema informativo y de bases de datos de generación y
gestión de lodos 3.6 Presupuesto y financiación:
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
98
Concepto
Programa
Ns Inversión (MM Inversión (M Ptas) Euros) 5.000 3.500 40 11.400 30.050,61
21.035,42 68.515,38
Prevención Valorización agrícola Inversiones en Infraestructura
Reducción contaminación en origen Caracterización analítica de lodos y
muestreode suelos Plantas de compostaje (capacidades 5.000÷25.000 t de m.s. al
año) *
Medidas de corrección del impacto ambiental en tratamientos térmicos y
pretratamientos Centros de recogida y almacenaje Apoyo a la implantación y
mejora de otras líneas de tratamiento de lodos Adaptación y mejora de Plantas
de incineración de lodos I+D:Mejoras de las prácticas Desarrollo de nuevos usos
de LD ambientales Elaboración de códigos, directrices técnicas, promoción del
uso en terrenos públicos y búsqueda de nuevos usos de los lodos y otras
Sensibilización y formación Sensibilización pública y concienciación ciudadana
Formación de personal especializado Control estadístico TOTAL Creación y mejora
de sistemas de información y bases de datos 4
4.000
24.040,48
60 6.000 45.000 1.200 1.000
36.060,73 270.455,45 7.212,15 6.010,12
1.000
6.010,12
400 400 250 79.150
2.404,05 2.404,05 1.502,53 475.701,08
Las actuaciones que se desarrollen al amparo del Plan se financiarán mediante:
Fondo de Cohesión Fondos Estructurales de la Unión Europea Aportaciones
presupuestarias de las Administraciones Públicas competentes Contribuciones de
los agentes, organizaciones o personas legalmente responsables del coste de la
correcta gestión ambiental de los residuos
4. SECADO TÉRMICO DE LODOS
4.1 Características de principales tecnologías aplicadas
El proceso de secado térmico se realiza aportando la energía térmica necesaria
para eliminar el agua del fango hasta el
límite para el que se haya diseñado (normalmente alrededor del 90% de sequedad enel fango). Las
necesidades térmicas para evaporar 1 kg. de agua a partir de una temperatura de
20sC son 20 kcal., sin embargo en la práctica este valor depende de la eficiencia
de cada tipo de secador, como término medio se puede considerar un consumo de
unas 750 kcal/kg. de agua evaporada. El secado térmico permite transformar un
producto pastoso (20÷35% de materia seca) en un producto seco, generalmente en
forma de pelets o bolas de entre 1 y 3 mm, que puede ser empleado como:
Corrector orgánico para mejorar la estructura del suelo en la agricultura, si
sus características de composición (especialmente en cuanto a metales pesados)
lo hiciesen apto para este fin. Combustible de baja calidad, en general en
cementeras, incineradoras de basuras y plantas térmicas, con un valor
calorífico equivalente aproximado de 4 kg. pelets = 1 litro de gasoil. Cuando
no existe otra alternativa que llevar los fangos a vertedero también minimiza
el impacto ambiental ya que se eliminan los lixiviados que pudiera generar y se
alarga la vida útil del
vertedero.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
99
4.2 Tipos de secadores
En casi todos los secadores, hay que evitar la llamada fase pastosa alrededor del 50% de humedad, que provoca formación de
apelmazamientos y trastornos en el transporte del fango. Para superar esta fase pastosa es
por lo que se recircula fango ya seco, aumentando la sequedad del fango hasta un valor superior a este
límite de pastosidad. En función de la forma de transmisión del calor hay dos tipos de
secadores:Convección: un gas caliente (aire, gases de escape…) transmite
directamente el calor a la materia a secar. La gama de temperaturas del gas es muy variable.
Contacto: los sólidos a secar son calentados por contacto con una superficie
caliente (indirecta) por medio de vapor o aceite térmico. Los secadores de
convección necesitan una gran superficie de fango expuesta a la corriente de
gases caliente. En la mayoría de los casos, es necesaria una mezcla de fango
deshidratado y de fango ya seco, para conseguir formar pequeñas bolas que
ofrecen mayor superficie de contacto con el gas y conseguir además una mezcla
con el 55% de sequedad para evitar así la fase plástica. En función de si los
gases de combustión entran o no en contacto con el fango a secar: Directos: los
gases de combustión entran en contacto directo con el fango a secar Indirectos:
cuando es por convección indirecta el calor de los gases de escape se traspasa
a través de un intercambiador de calor al aire que, una vez calentado, será el
que aporte la energía térmica suficiente para llevar a cabo el secado. Los de
contacto son todos indirectos. A continuación se relacionan los principales
equipos secadores disponibles en el mercado: 4.2.1 Secador de tambor
(convección) El fango deshidratado se acondiciona previamente mezclándolo con
fango ya secado. Se introduce en el tambor juntamente con el gas caliente. El
fango avanza a lo largo del tambor de distintas
formas: Desplazamiento mecánico: por la rotación del tambor, debido a la incorporación de
deflectores en su interior o porgravedad. (Tecnologías Swiss Combi )
Desplazamiento neumático: la propia corriente del gas desplaza el fango. (Tecnología
Andritz) 4.2.2 Secador de cinta o banda (convección) Se alimenta el fango
extrusionado dándole forma de pequeños espaguetis los cuales se depositan sobre
una cinta perforada, esta cinta avanza dentro de un túnel donde se le expone a
una corriente de gases calientes. En este mismo sistema cabría diferenciar
ciertos tipos por la temperatura de los gases, pudiendo llegar a funcionar a
muy baja temperatura (55sC). (Tecnología STC) 4.2.3 Secador de lecho
fluidificado (convección) El fango se introduce en una cámara llena
parcialmente del
material que hará de lecho, el propio fango seco, por el fondo de esta cámara
se inyecta un gas caliente, normalmente aire, que crea unas turbulencias que
mantiene en suspensión la mezcla lecho-fango. Debido al calor del gas y a la turbulencia el fango se seca.
En algunos equipos de esta tecnología se añade otra fuente de aportación de
calor a través de intercambiadores de calor sumergidos en el lecho
fluidificado. (Tecnología Austrian Energie)
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir 4.2.4 Centrífuga
(convección) Se alimenta directamente con fango espesado. Combina la
deshidratación del fango por efecto de la
fuerza centrífuga en una primera fase, con propiamente el secado en una fase
posterior dentro del
mismo equipo por medio de un flujo de aire caliente a contracorriente. Es un
sistema extremadamente simple lo que reduce la necesidad de algunos equipos
periféricos. (TecnologíaHumoldt) 4.2.5 Secador de estrato delgado
(contacto-convección) Este equipo también conocido por turbosecador, está
formado por una camisa caliente de forma cilíndrica dentro de la cual gira un
rotor con palas que obliga al fango deshidratado a ponerse en contacto con esta
camisa, formando una fina película. El calor se aporta a esta camisa mediante la
circulación por su interior de aceite térmico o vapor. El fango se calienta por
contacto con la camisa y por convección con el aire caliente que circula por el
interior del
tambor. El tiempo de permanencia es de pocos minutos. 4.2.6 Secador de disco
(contacto) El secador consiste en un tambor horizontal, en cuyo interior giran
lentamente unos discos huecos a través de los cuales circula el aceite térmico
o el vapor de agua. El fango, que entra que entra mezclado con fango seco por
uno de sus extremos, avanza a lo largo del
tambor gracias a unos deflectores colocados en los propios discos y en el
tambor que tienen la doble misión de hacer avanzar el fango y evitar que se
pegue a las paredes del
secador. (Tecnología Stord) 4.2.7 Secador vertical de bandejas (contacto) Hay
una serie de pisos circulares huecos por donde circula el elemento calefactor.
El fango a secar juntamente con el ya seco mezclado en proporción adecuada,
entra en el secador por la parte superior. Un sistema de paletas colocadas en
la superficie hacen que el fango vaya avanzando desde el exterior hacia el
centro del piso cayendo al inferior y en éste el movimiento del fango es desde
el centro hacia la periferia. (TecnologíaSeghers)ayudemen ustedes quiero saber
la disposicion de los lodos industriales
100
5. OTRAS ALTERNATIVAS PARA LA GESTIÓN DE LODOS DE EDAR
5.1. Lodos como materia prima para la construcción
Una alternativa para el destino final de los lodos lo constituye el sector de
la construcción, que por sus grandes necesidades de materias primas puede
absorber la práctica totalidad de los lodos generados por el tratamiento de
aguas residuales del país. La inertización de los mismos en matrices cerámicas
permite obtener materiales aptos para la construcción. A juicio de Joan Cusidó
de la Universidad Politécnica de Cataluña existen importantes oportunidades de
negocio en la valorización cerámica de los lodos de depuradora y
potabilizadora. Los productos finales han demostrado una perfecta adecuación a
las normativas técnicas para su uso en la construcción. Las plantas para
producción de materiales cerámicos a partir de estos lodos tienen un mayor
coste de implantación debido a los sistemas de depuración de gases de la
cocción cerámica, necesarios para cumplir los requerimientos ambientales.
Asegura Joan Cusidó que la amortización de esta tecnología de tratamiento de
gases se alcanza antes del primer año de funcionamiento de la planta contando
con el valor del producto y las subvenciones por eliminación de lodos a través
de su incorporación como materia prima en la obtención de productos de
construcción.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
101
5.2 Lodos para la restauración de espacios afectados por actividades
extractivasUna alternativa para el destino final de los lodos lo constituye el
empleo de los mismos para restauración y acondicionamiento de espacios
afectados por actividades extractivas. Este empleo del lodo se está poniendo en
práctica en Cataluña bajo la dirección del Sr. Esteve Serra Rodríguez, Jefe de
la Sección de Restauración de Actividades Extractivas de la Dirección General
de Patrimonio y del Medio Físico de la Generalitat de Cataluña. Se realiza la
recuperación de minas a prados y terreno forestal, siendo también posible la
recuperación para la agricultura. Los lodos se depositan mezclados con tierras
que pueden ser totalmente infértil pero debe tener al menos un 20% de fracción
fina ( 4
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
115
5. MÉTODOS DISPONIBLES DE DESINFECCIÓN
• Agentes químicos • Agentes físicos • Medios mecánicos • Radiación
5.1 . Agentes químicos
Entre los agentes químicos que pueden utilizarse, están: • El cloro y sus
compuestos • El bromo y el cloruro de bromo • El iodo • El ozono
5.2 . AGENTES FÍSICOS
i) El calor: No es un medio factible, debido a su elevado coste de aplicación a
grandes cantidades de A.R.. En cambio se emplea para la pasteurización del
fango. ii) La Luz solar: La luz solar es un buen desinfectante, pudiéndose
utilizar, en especial, la radiación ultravioleta. iii) La radiación UV: Tienen
un efecto esterilizante. Se producen con lámparas especiales de vapor de
mercurio. Tienen muy poca penetración y, en el caso de las A.R., la acción
letal sólo puede ejercerse a través deunos pocos milímetros, debido a los Sólidos
en Suspensión (SS) y turbidez. Su uso estaba limitado para aguas de la más alta
calidad, tanto potables como efluentes residuales terciarios, aunque desde los
años 80 se ha ampliado su campo de acción a los efluentes secundarios de EDARs.
5.3 . Medios mecánicos
Las bacterias pueden también eliminarse por medios mecánicos, durante el
tratamientos del A.R. tal como recoge la TABLA 2(FALTA TABLA)
5.4 . Radiación
Dentro de la radiación electromagnética se han utilizado, por su poder de
penetración, los rayos gamma para desinfectar ( esterilizar) las A.R. Tienen
gran poder de penetración y pueden ocasionar efectos beneficiosos adicionales
en tratamientos terciarios, por alterar las moléculas orgánicas e inorgánicas.
La fuente idónea es el Cobalto-60. Debido al alto coste de la energía de
radiación, no es competitivo como proceso de desinfección de A.R. Se han
conseguido 5-6 órdenes de inactivación con 5 min. de tiempo de exposición. •
Ventajas: Confianza, efectos colaterales beneficiosos, sin efectos residuales •
Inconvenientes: Seguridad, coste excesivo, falta de experiencia
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
116
5.5 . Costes comparativos
El método que predomine será aquel que: • Realice el trabajo adecuadamente •
Tenga los mínimos riesgos para la salud y seguridad • Sea fácil de aplicar,
medir y controlar • Los equipos sean fáciles de operar De acuerdo con estos
aspectos, la cloración parece que será por algún tiempo, el método más popular
para la desinfección delas A.R.
6. CINÉTICA DE LA ACCIÓN GERMICIDA
Los microorganismos patógenos encontrados en el agua tienden a presentarse como
organismos individuales. Por tanto, los principios aplicables a la desinfección
del agua son los que se refieren a la desvitalización de células individuales.
Los agentes oxidantes inhiben la actividad enzimática o destruyen la pared de
las células; el calor y la radiación alteran la Naturaleza coloidal del
protoplasma y los rayos UV producen alteraciones en el ADN, evitando su
multiplicación
6.1 . Modos de la acción germicida
La acción germicida es una acción definida entre un número pequeño de
partículas del producto utilizado y un centro vital considerado como una unidad
molecular. Puede, por tanto, ser tratada como un proceso dinámico, dependiente
del tiempo, con una reacción química. Según esto, el grado de eliminación de
microorganismos dependerá de: • La naturaleza del organismo a desvitalizar • La
naturaleza del producto letal • La concentración o intensidad del producto • El
tiempo de contacto • La temperatura • La naturaleza del medio • El pH y otros
6.2 . Ley de CHICK
Fue la primera descripción matemática válida de la velocidad de la acción
germicida (1908). Viene dada por la ecuación: (FALTA ECUACIÓN) dN/dt =
Velocidad de eliminación: variación del número de organismos viables, N, con el
tiempo Kc = Factor de proporcionalidad que varía con la concentración del
desinfectante, la temperatura y otros factores, siendo independiente del número
de microorganismos y del tiempo. La ley tiene la forma deuna reacción química
de primer orden: siendo: No = Concentración inicial Nt = concentración de
microorganismos supervivientes al cabo del tiempo t A menudo conviene expresar
la eficacia de la acción germicida en función del tiempo necesario para matar o
desvitalizar una determinada fracción del número inicial de microorganismos.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Por ejemplo: t50 (vida
media), tiempo para eliminar el 50% análogamente: El porcentaje de la muerte
viene dado por el número de nueves igual al número de unidades t90 y la
fracción de supervivientes por 10^(-t/t90). Así, si el tiempo de reacción es
6*t90, se tendría: % eliminados: 99,9999% % supervivientes: 10-6 Según esta ley
no podría haber una destrucción completa de microorganismos en un tiempo
finito, independientemente del valor de Kc. Esto no plantea problemas ya que la
sensibilidad de los métodos de laboratorio impide discriminar entre cero (0) y
una pequeña fracción. La ambigüedad de una completa destrucción mediante la desinfección
está explícitamente reconocida en el ensayo de coliformes ( N.M.P.)
117
6.3 . Validez de la ley de CHICK
Se han de cumplir dos aspectos de la ecuación, uno ligado con la forma
diferencial y otro con la integrada. • La primera condición que debe cumplirse
experimentalmente es que: la pendiente inicial de la representación gráfica de
log N en función del tiempo debería ser independiente de la concentración
inicial de microorganismos Este aspecto es generalmente válido • La otra
comprobación principal se refiere aldesarrollo a lo largo del tiempo La
representación de los datos experimentales debería ser una recta. Sin embargo
en el caso de productos químicos desinfectantes, especialmente en los
fuertemente oxidantes ( ozono y cloro ), existen desviaciones a sensibles de la
linealidad teórica. Sin embargo, aunque el proceso de desinfección, en ciertos
casos, no sigue la Ley de Chick, es posible utilizarla con el objeto de
establecer parámetros útiles acerca de la eficacia de los germicidas.
6.4 Efectos a considerar
a) Concentración del desinfectante (FALTA ECUACIÓN) siendo alfa = constante
para cada gemicida c = concentración n = Coeficiente de dilución si n > 1,
La eficacia depende principalmente de la concentración si n < 1, la eficacia
depende principalmente del tiempo de contacto generalmente, n = 0.8 - 1.2 b)
Efecto de la Temperatura (FALTA ECUACIÓN siendo A = Constante independiente de
la temperatura E = Energía de activación (cal ó Kcal) T = Temperatura en K R =
Constante de los gases (cal ó Kcal) c) Efecto del pH
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Existen tres razones
fundamentales para los efectos observados del pH: i) Efectos letales de las
reacciones ácidas y básicas: pH < 4 letal para enterobacterias pH > 10
letal para enterobacterias y virus ii) Cambios físico-químicos en la forma o
composición del desinfectante añadido. iii) Cambios en el carácter del
organismo, que lo hacen más sensible o resistente al agente desinfectante
añadido
118
7. AGENTES MAS UTILIZADOS EN DESINFECCIÓN DE AGUAS RESIDUALES
7.1 .Cloración
a) Cloro gas · Características físicas del cloro • El Cloro se encuentra en la
Naturaleza únicamente en combinación, principalmente con NaCl. • Es un gas
amarillo-verdoso, fácilmente compresible a líquido ámbar • A 1 Atm, solidifica
a -65.6 sC y cristaliza como hidrato Cl2·H2O por debajo de 9.6 sC • Es 2½ veces
más pesado que el aire, en estado gaseoso y 1½ veces más que el agua, en estado
líquido • Siempre que no esté comprimido se vaporiza a gas ( 1 Vol. líquido 450
Vol.gas ; 1 Kg 0.31 m3 ) • En un contenedor está completamente líquido a 67 sC
• Es sólo ligeramente soluble en agua, con un máximo a 1 Atm. De 1% a 9.6 sC. A
100 sC y 1 atm. es insoluble · Química del cloro Para todas las condiciones
normales de cloración de un agua, la hidrólisis del cloro es esencialmente
completa con generalmente menos de una parte de cloro activo por cada 104 como
ClOH. El cloro como tal, al disolverlo en agua, tiene muy poco tiempo para
reaccionar antes de que se hidrolice. En solución ácida, la ionización es muy
pequeña pero a ph = 7.5 y 29 sC la ClOH ClO- y a pH = 9.5 hay 98 iones ClO- por
cada molécula de ClOH Se llama Cloro Libre Total a la suma T = [ClOH] + [ClO-]
La eficacia germicida del cloro depende principalmente del ClOH presente. A 20
sC se puede esperar que la eficacia de una concentración determinada de cloro
libre sea la mitad a pH 7.5 que a pH 6 Se necesitan 5.5 veces más de cloro
libre total a pH 8.5 que a pH 7.5 ( 10/1.98 ), para dar el mismo grado de
actividad germicida, a 20 sC. • Componentes del A.R. que afectan a lacloración:
• Materias Inorgánicas reductoras ( SH2, SO32-, NO2-, Fe2+, Mn2+ ). Son agentes
reductores solubles que consumen oxígeno, pudiendo estar asociados a
condiciones sépticas. Estos compuestos consumen el cloro de las soluciones de
ácido hipocloroso. Estas reacciones son inmediatas y el Cloro libre disponible
sólo permanecerá fracciones de segundo en el agua, reduciéndose el ClOH a ión
Cl-, estable y no bactericida. Esta demanda inmediata de cloro, proporcional a
la cantidad de sustancias reductoras presentes, oscila entre 5
(A.R.fresca)-100mg/l (A.R.séptica) • Reacciones con amoníaco y aminas: Las A.R.
contienen cantidades apreciables de N amoniacal, coexistiendo el NH3 disuelto
con su ión. La principal fuente de NH3 es la UREA. El ClOH y el NH3, al
reaccionar forman las
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir cloraminas. El grado en
que se forman depende del pH, TS, tiempo y cantidad de reactivos. En general,
pH bajos y relaciones Cl2/NH3 altas favorecen la formación de dicloroaminas,
mucho más eficaz como germicida que la monocloroamina. Se llama Cloro Combinado
disponible al que está en combinación con el NH3 ó compuestos orgánicos del N •
Reacciones con bacterias y otros organismos: El objetivo principal de la
cloración es la desinfección, siendo todavía aceptado el NMP de coliformes como
índice de su eficacia. El grado de destrucción de coliformes requerido, y la
dosis de cloro, están influidos por las características del cauce receptor y el
uso posterior. • Resistencia de los microorganismos a la cloración. Lacloración
no destruye completamente los bacilos de la tuberculosis o huevos de gusanos,
siendo aconsejable otros medios ( coagulación + filtración). En cuanto a los
virus, su inactivación depende de: • La cantidad y tipo de cloro residual (
libre o combinando) • Temperatura, pH, y tiempo de contacto. • Número y tipo de
virus presentes. • Presencia de sustancias protectoras. El número de virus en
el efluente, antes de la cloración depende del número inicial y tipo de
tratamiento del A.R. En cuanto a la inactivación, con Cloro libre es más rápida
que con Cloro combinado • Factores que afectan a la desinfección con cloro: •
El ácido hipocloroso, al contrario que el ClO- es un desinfectante
estraordinariamente potente. Ambas formas están en equilibrio, dependiente del
pH, con concentración iguales a pH 7.5 y 25 sC. Por tanto, al añadir una
solución acuosa de cloro al A.R., la forma dominante a pH= 6.5-7.5 sería ClOH.
Pero al ser extremadamente activo, reacciona inmediatamente para producir
formas combinadas de cloro, no persistiendo en el A.R. salvo que se practique
el “break-point” • Prácticamente todos los efluentes de A.R. contienen NH3 por
lo que el grueso del Cloro añadido se convertirá en monocloroamina o productos
de adición, de menor porder germicida • En adición, el ClOH se combina con
aminoácidos, materias proteínicas y materia orgánica, dando lugar a compuestos
de bajo poder desinfectante • Reacciona con iones sulfito, sulfuro, nitritos,
ferrosos y manganosos, produciendo compuestos sin actividad germicida
Consideraciones prácticas: Ladosis de cloro necesaria variará con la calidad
del efluente a tratar. La dosis seleccionada C ( mg/l), en combinación con el
tiempo de contacto, t, dará la reducción de coliformes deseada, según N/No = (
1 + 0.23*C*t)-3 Se aportan datos orientativos de diseño, para A.R. domésticas
con sólo 1-2% de aguas industriales: • Efluente primario 18-25 mg/l Cl2 •
Efluente 2s: Lechos bacterianos 15 • Fangos activados 6-12 • Efluente 2s +
lagunas: 6 • Efluente 3s ( sin nitrificación): 4-5 Suministro y manejo: •
Botellas: 50 y 100 Kg de Cl2
119
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir • Contenedores: 500 y 1000
Kg de Cl2 • Cisternas, para carga de depósitos fijos La capacidad de
vaporización del cloro de los recipientes, llenados al 83-85% con Cloro
líquido, oscila entre el 1-1.5% de su capacidad en Kg/h, lo que obligará, según
necesidades, a conectar varios en paralelo. Por ej. para consumos del orden de
700 Kg/d, debe haber: • 4 contenedores de 1000 Kg en servicio • 4 de reserva •
espacio para nuevo suministro. Para cantidades mayores, es lógico cambiar a
extracción de Cloro líquido, lo que requiere el uso de evaporadores. Los
recipientes deben estar a una temperatura menor o igual a la temperatura de la
instalación. Para mantener el suministro continuo de Cloro, es fundamental y
deseable: • Una adecuada reserva de Cloro • Disponer de básculas para los
contenedores • Un sistema de interconexión apropiado • Un intercambiador
automático Control de la cloración • Manual: impracticable por la irregular
demanda de Cloro del A.R. juntocon las variaciones de caudal durante el día •
Semiautomática: Iniciándose o desactivándose la inyección de la solución acuosa
mediante controles eléctricos o hidráulicos • Automática: Siendo el caudal de
la solución clorada proporcional al caudal de agua a tratar. Para poder
mantener una concentración de Cloro residual constante, con una demanda
variable, es imprescindible el control combinado en función del caudal de A.R.
a tratar y del Cloro residual en el Agua tratada. Dado que es imperativo que el
suministro de Cloro se controlado, en proporción al caudal, la capacidad del
clorador está unívocamente ligada a la del medidor de caudal. El método más
eficaz de control de la cloración es el sistema de Lazo compuesto, por el que
se envían dos señales independientes y separadas al clorador. Materiales: El
cloro líquido deba almacenarse siempre en recipientes de acero al carbono y ser
conducido por tuberías, sin soldaduras, de este material. El Cloro líquido se
inflama espontáneamente y mantiene la combustión con el acero al carbono a 250
sC. Ataca y disuelve al PVC a temperatura ambiente, por lo que éste no debe
utilizarse en el sistema de cloro líquido o donde puedan existir las dos fases,
ni tampoco cuando el cloro gas esté a una presión superior a la atmosférica, ya
que este material acaba haciéndose poroso. Al llegar el Cloro al eyector del
clorador y entrar en contacto con el agua, forma ClOH y HCl, dando una solución
de bajo pH, altamente corrosiva, por lo que, a partir de aquél, las tuberías y
difusores deben ser de PVC o aceroebonitado. El objetivo principal de la cámara
de contacto es el suministrar el tiempo de detención necesario para que los
compuestos de cloro reduzcan las bacterias a niveles aceptables. El tiempo de
contacto no debe rebajar de los 15 min., bajo ninguna circunstancia. La
relación Longitud / anchura debe ser mayor de 10 y siendo mayor de 40 se obtendrá
una distribución de tiempos de contacto cercanos a los de flujo pistón. ' Dados
los peligros que entraña al Cloro para la salud humana, es imprescindible
detectar fugas y neutralizarlas. '
120
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir La O.M. 1/3/84 (BOE
9/3/84) es de obligado cumplimiento en todo lo referente al almacenamiento de
Cloro.
121
7.2 . Hipoclorito sódico
Al disolver un hipoclorito en agua se ioniza: Los iones suministrados
reaccionan con los hidrogeniones del agua dando una solución acuosa cuya
concentración respecto al ClOH es exactamente la misma, para pH y temperatura
dados, si se utiliza Cloro gas ó hipoclorito La única diferencia es que la
hidrólisis del Cloro gas da H+, bajando el pH, mientras que los hipocloritos
consumen H+ y suben el pH. Con pocos mg/l, el efecto en el pH es tan pequeño
que ambos exhiben la misma actividad germicida. A mayores dosis ( >10 mg/l
), la producción y absorción de H+ será lo suficientemente grande como para
encontrar una diferencia medible en el pH de las soluciones finales, y la
actividad germicida será la misma únicamente si se añade ácido o base para
igualar los pH de la solución. El peligro potencial del almacenamiento,uso y
transporte de grandes cantidades de Cloro líquido,, ha resultado en la
consideración del hipoclorito como forma alternativa del Cloro. El cloro gas es
claramente la alternativa para grandes instalaciones, Los hipocloritos son más
caros, pierden su contenido en cloro disponible durante su almacenamiento y
pueden ser difíciles de manejar. El hipoclorito sódico es, de todos los
posibles, el aconsejado. El equipo para solución acuosa de hipoclorito cálcico
sería apropiado para dosificar una solución de hipoclorito sódico y, con éste,
no hay problemas de formación de fangos Propiedades: • El hipoclorito sódico es
sensible a la luz, debiendo almacenarse en zonas secas, frescas y oscuras • Se
recomienda el uso de hipoclorito con el 10-15% de Cloro disponible • Es
fuertemente alcalino y debe tenerse cuidado al manejarlo. • La solución acuosa
es extremadamente corrosiva • Dosificación y control El control puede hacerse
proporcional al caudal, enviando la señal del medidor de caudal, bien a una
válvula reguladora, si se utiliza en eductor o bomba centrífuga, o bien al
posicionador de la bomba membrana. También se puede combinar la señal del
medidor de caudal con la del analizador, mediante un sumador. El control de
lazo compuesto, utilizando las dos señales independientemente, sólo es posible
con bombas de membrana que pueden recibir señales para el rectificador del
motor y para el posicionador.
8. OZONIZACIÓN
· Propiedades: • Es un gas azul pálido de olor característico • Es tóxico y
corrosivo • Es uno de los agentes oxidantes más fuertesque existen • La
solubilidad en agua es sólo de 570 mg/l ( 12 veces menos que el Cl) · Química:
El Ozono se forma por disociación del Oxígeno en oxígeno atómico. Dado que la
disociación del Oxígeno implica la rotura del enlace fuerte O-O, se requiere
una gran cantidad de energía. La tercera reacción limita la concentración de
Ozono que puede producirse económicamente, mediante el sistema convencional, al
1% en peso cuando se utiliza aire y, al 2% cuando se utiliza Oxígeno. ·
Consideraciones de diseño:
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir • La eficacia del O3 como
desinfectante es relativamente independiente del pH y temperatura, aunque
parece que el rango más favorable está entre 6-7. • La vida media del O3 es
sólo 20 min. por lo que es necesario suministrarlo escalonadamente para conseguir
el tiempo de contacto necesario para la desinfección • Para A.R. es necesario
como mínimo una dosis de 5-8 mg/l (NMP= 100/100ml). La dosis puede determinarse
empíricamente: O3 (mg/l) = 1.5 + 0.38*TSS Donde TSS son los SS del efluente
secundario y el tiempo de contacto es de 10 min. · Sistemas de desinfección:
(FALTA FIGURA ESQUEMA) • Sistema de alimentación con O2: Es el más simple y
económico, y el de mayores aplicaciones comerciales. El esquema del proceso es
G-D-E-F, pudiendo el O2 resultante del destructor de ozono ser utilizado para
alimentar una planta de Fangos Activados. El consumo energético es del orden de
7.5-8 Kwh/Kg O3 • Sistema con recirculación de O2: G-D-E-F-A-B-C. El gas, rico
en Oxígeno, es recirculado al compresorA y refrigerador B,para su desecación y
limpieza, antes de volver al generador de ozono. A intervalos, el gas es
recirculado es purgado ( CO2 y N2 ) y se añade O2 para mantener la
concentración en el mismo. • Sistema de alimentación con aire: A-B-C-D-E-F.
Este sistema descarga a la atmósfera. Su elección es puramente económica (Coste
de E, eficiencia del generador de ozono, costes de suministro de aire y oxígeno
y, tamaño de la instalación). El consumo energético es del orden de 15-16
Kwh/Kg O3 Este sistema puede ser el indicado para capacidades de ozonización de
hasta 450 Kg O3/d. Junto con el anterior, es el mejor para el sistema de fangos
Activados. La Mezcla supone el transferir un máximo de ozono de la fase gas a
la líquida. Es fundamental el producir burbujas finas, la máxima turbulencia y
elevada diferencia de concentración de ozono ( gradiente) entre ambas fases.
Los mejores rendimientos obtenidos se acercan al 90%. En la se muestra el
esquema de una cámara de contacto con difusores de burbuja fina.
122
9. RAYOS ULTRAVIOLETAS
9.1 . Propiedades
El rango de radiaciones UV, y de las correspondientes ondas electromagnéticas,
puede subdividirse, de acuerdo con sus efectos biológicos, ) siendo la
comprendida en el rango de corta longitud ( UV-C ), entre 200-280 nm, la que tiene
efecto germicida. La razón de este efecto es que los r-UV originan cambios
químicos en el ADN de los microorganismos La radiación o dosis, D, se calcula
multiplicando la Intensidad de la Radiación por el Tiempo de Exposición D = I *
10t (microWs/cm2)Existe una relación exponencial entre la dosis y el número de
microorganismos no inactivados N, del tipo N = No * e- kD ( Ley de Chick )
Donde No es el número inicial de microorganismos. Esto implica que • La
inactivación del número de microorganismos depende, únicamente de la dosis,
pudiéndose compensar un menor tiempo de exposición con una mayor irradiación
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir • La dosis necesaria para
conseguir inactivaciones del 99; 99.9 y 99.99% son, respectivamente: 2; 3 y 4
veces la dosis (D10) para un 90% de inactivación ó un 10% de supervivencia
123
9.2 . Producción
Los rayos UV se generan mediante una descarga eléctrica en vapor metálico,
siendo la lámpara de vapor de mercurio la más indicada ara la generación de la
radiación germicida (UV-C), dado que la línea de resonancia del átomo de Hg a
254 nm es emitida con alta eficiencia. Las lámparas pueden ser de Baja Presión,
que emiten del orden del 92% de su radiación a 254nm, ó de Media Presión, que
dan lugar a un espectro difuso típico Aunque las de media P permiten mayor
intensidad, y por tanto, mayor dosis para un caudal dado, simplificando la
configuración del sistema, ésto se compensa por sus mayores costes y menor vida
9.3 . Utilización en desinfección de aguas residuales
Si bien el desarrollo de la lámpara de Hg data de 1901, los r-UV no se usaron
en principio para desinfección debido a los altos costes de operación y
problemas de mantenimiento que se presentaron. El desarrollo de fuentes más
baratas y eficaces ha hecho que vayaaumentando su aplicación. Dosis necesaria=
Ensayos de laboratorio, bajo condiciones ideales, han determinado que, para el
E.Coli, las dosis para un 90% (D10) y 99.9% de inactivación son 3mWs/cm2 y
9mWs/cm2, respectivamente. En condiciones reales, hay factores que influyen en
la dosis: • Un fluido que no transmite la radiación de longitud de onda 253.7nm
con la misma eficacia que el agua pura hará que disminuya la intensidad
recibida por los microorganismos • La intensidad de la radiación UV disminuye
con el envejecimiento de la lámpara • El ensuciamiento del tubo de cuarzo
también disminuirá la intensidad de la radiación • Si el caudal a desinfectar
es mayor que el de diseño para el equipo, la dosis disminuirá, debido al menor
tiempo de contacto Recíprocamente, la dosis aumentará si el caudal a
desinfectar es menor que el de diseño Puede demostrarse que D = 216 * 1/Q
(m3/h) Según esto, un A.R. poco tratada no es deseable, siendo aconsejable una
transmisividad mínima de la radiación UV del 50% a través de un espesor de
1cm., lo que corresponde a un efluente con tratamiento secundario, para lo cual
debe preverse un sistema de limpieza de las lámparas ( por ej. con una solución
al 10% de Ac. Cítrico ), y es importante incluir un sistema de control del
rendimiento de la desinfección en función de la transmisividad, el caudal de
agua a desinfectar y el nivel de contaminación del tubo de cuarzo de protección
de la lámpara, lo que se consigue mediante un equipo de detección de la
intensidad de la radiación UV y un control automático de nivel en elcanal de
desinfección. La dosis estimada para obtener una reducción de tres unidades
logarítmicas (99.9% ) en el número de coliformes fecales de un efluente es de
30 mWs/cm2.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Reactor Cualquier reactor
ó cámara de rayos UV debe estar diseñado para que funcione satisfactoriamente
con la turbiedad del efluente a desinfectar y para evitar o minimizar, en lo
posible, dos fenómenos que, en caso contrario, limitarían el rendimiento del
sistema de desinfección: El cortocircuito y la fotorreactivación. Turbidez: La
radiación UV penetra, a través del fluido, las paredes de las células de los
microorganismos, siendo la energía efectiva únicamente la absorbida por ellos.
Si hubiese sólo una partícula en el agua, podría evitarse que actuase de escudo
protector sobre los microorganismos, diseñando la cámara de forma que aquella
recibiese radiación desde todos los ángulos esféricos. Sin embargo, al haber
normalmente muchas partículas, siempre hay un efecto protector de las mismas
que puede minimizarse si el agua circula en la cámara en régimen turbulento.
Por tanto, en el diseño hay que considerar: • El flujo debe ser turbulento • El
agua debe recibir los rayos Uv desde todas direcciones Corto-circuito Se
denomina cortocircuito al paso de parte del agua por la cámara, sin haber
recibido tratamiento, debido a las condiciones del flujo. Incluso un muy
pequeño grado de corto-circuito puede ser extremadamente dañino, habiéndose
confirmado mediante trazadores que basta que una parte por mil bypase lacámara,
para que no pueda obtenerse un grado de desinfección mayor del 99.9% de
reducción, tres unidades logarítmicas en lugar de seis u ocho que podrían
obtenerse, dependiendo del A.R.tratada. Foto-reactivación La luz visible puede
reparar el daño hecho las bacterias “tocadas”, que no tienen capacidad de
reproducirse, pero no han sido matadas. Por tanto, la exposición a la luz
inmediatamente después que a la radiación UV, dará lugar a la curación de
aquéllas. Para evitarlo, lo mejor es matar a los microorganismos para lo que se
necesita una dosis real de, al menos, 30000 ìWs/cm2. Las lámparas deben
colocarse en la cámara de forma tal que no absorban energía de los adyacentes,
ya que de lo contrario, podrían absorber hasta el 80% de la energía emitida,
originándose la foto-reactivación. Tipos de Reactores Básicamente pueden
considerarse dos tipos de reactores, según que las lámparas de rayos UV no
estén en contacto con el fluido a desinfectar, por el contrario, estén
introducidas en su seno. En el primer caso, el fluido circula por el interior
de un tubo de teflón o de cuarzo, estando las lámparas montadas alrededor del
mismo, exteriormente Colocando, además, unos reflectores de forma adecuada, se
consigue un campo de radiación muy intenso, más en el centro, de forma que el
perfil de intensidad se adapte lo más posible al perfil del flujo del agua (
flujo a desinfectar) La principal ventaja es que las lámparas no se ensucian y
no existen partes móviles, siendo únicamente necesario limpiar el tubo a
intervalos que pueden llegar a 2 meses, paraefluentes secundarios. Sin embargo,
para A.R. es más empleado el segundo tipo de reactor, que puede ser en
conducción cerrada o en canal, si bien es este último el más utilizado, ya que
permite un desarrollo modular para adaptarse a caudales y estructuras
diferentes, pudiendo ser equipados con el número ideal de lámparas. Dependiendo
del tamaño del equipo completo, se montan varias lámparas en fila, formando un
módulo. Los módulos se montan verticalmente en el canal, mediante consolas de
apoyo, son variables en la dirección del flujo y pueden ser encendidas y
apoyadas individualmente.
124
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir Con objeto de lograr una
distribución de la dosis en el reactor lo más ideal posible, algunos
fabricantes instalan lámparas planas, montadas de tal forma que el máximo de
irradiación está en la dirección del flujo
125
Reutilización de las aguas residuales
RIEGO AGRÍCOLA
1. INTRODUCCIÓN
Es el uso más extendido, además de que supone una etapa más en el tratamiento
de aguas, ya que el suelo es un elemento de alta eficacia depuradora: A medida
que el agua se infiltra en el terreno, este actúa a modo de filtro y en su superficie,
por la actividad bacteriana se produce la degradación biológica de la materia
orgánica de la misma manera que un tratamiento secundario. Las principales
ventajas e inconvenientes de un agua residual frente a un agua no contaminada
son: • Agua residual: Aporta abundantes elementos nutritivos (es agua
fertilizada), pero conlleva riesgos sanitarios con posiblecontaminación de
acuíferos, siempre que no tomemos las medidas adecuadas. • Agua no contaminada:
No presenta problemas sanitarios, el riesgo de contaminación es nulo y su poder
fertilizante es escaso. Los efluentes utilizados para riego proceden de
colectividades urbanas con mezclas de aguas domésticas y procedentes de
industrias que han sufrido una depuración. Las aguas residuales brutas no suelen
utilizarse para riego de especies de consumo, aunque sí para riego de especies
arbóreas con finalidad de producción forestal.
2. DEFINICIÓN DE USO
Se entiende por uso agrícola, el uso de aguas para regar cultivos agrícolas
destinados al consumo directo alimenticio humano y animal, y consumo indirecto
industrial (alimentos procesados como conservas y azúcar y productos textiles
de origen vegetal)
3. CRITERIOS DE CALIDAD PARA EL AGUA DE RIEGO
Los parámetros de calidad, que a continuación se enumeran, son suficientes para
evaluar la idoneidad de un agua de riego, así como para estimar la posibilidad
de que el agua puede causar algún problema general tanto al suelo como a la
planta. Los parámetros de calidad son: Tabla 1 Tabla 1
PARÁMETROS Conductividad Sodio S.A.R Cloruros mg/l Cl UNIDADES NINGUNO MODERADO
SEVERO TIPO DE RIEGO ms/cm2 mg/l Na 700 70 3 100 140 Bicarbonatos Sulfatos
VARIOS pH 6.5-8.4 4.5-9 4.5-9> mg/l CaCO3 90 mg/l SO4 200 3000 >70 9
>100 350 500 400 >350 >500 >400 >9 >3000 R.A. R.S R.A. R.S R.A.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir
126
15 20 >15 120 5 >120 >5 R.A. R.S R.A.
S.S.
mg/l
Cloro residualMATERIA ORGÁNICA Y NUTRIENTES DBO
mg/l Cl
1
mg/l O2
15 20
>15 60 300 30 >60 >300 >30
R.A. R.S
DQO Nitrógeno total TÓXICOS Boro Aluminio Arsénico Berilio Cadmio Cobalto Cromo
Cobre Fluoruros Hierro Litio Manganeso Molibdeno Níquel Plomo Selenio Vanadio
Zinc
mg/l O2 mg/l N
120 5
mg/l B mg/l Al mg/l As mg/l Be mg/l Cd mg/l Co mg/l Cr mg/l Cu mg/l mg/l Fe
mg/l Li mg/l Mn mg/l Mo mg/l Ni mg/l Pb mg/l Se mg/l V mg/l Zn
0.7 5 0.1 0.1 0.01 0.05 0.1 0.2 1 5 0.05 0.02 0.01 0.02 5 0.02 0.01 2
3 20 2 0.5 0.05 5 1 5 15 20 2.5 10 0.05 2 10 0.02 1 10
>3 >20 >2 >0.5 >0.05 >5 >1 >5 >15 >20 >2.5
>10 >0.05 >2 >10 >0.02 >1 >10
NINGUNO:- Agua de buena calidad para cualquier suelo y planta Riego continuo en
todo tipo de suelo. MODERADO: Agua mediocre, para plantas tolerantes y suelo de
textura fina. EI contenido en tóxicos potenciales obliga a riego discontinuo,
uso del agua por un periodo hasta 20 años, en suelos neutros o alcalinos de
textura fina. SEVERO: Agua de mala calidad, sólo para plantas muy tolerantes y
suelos de textura fina muy bien drenados. Riego discontinuo con muchas
precauciones.
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir 3.1 Características
físicas Las características físicas incluyen la totalidad de los sólidos en
suspensión y las sustancias orgánicas disueltas. Pueden taponar los poros del
suelo, revestir con esas sustancias la superficie del terreno y reducir la
aireación y penetración del agua, así como obstruir el sistema de riego. Uno de
los objetivos fundamentales de las depuradorases la eliminación de los sólidos
contenidos en el agua residual. Si se aplica un segundo tratamiento, los
elementos en suspensión presentan muy pocos problemas. Las materias orgánicas,
con tal que no crean problemas de olores ni de aireación, pueden ser
beneficiosos para el suelo. 3.2. Características químicas Las características
químicas de importancia para la agricultura de regadío pueden evaluarse
mediante la Tabla 1, donde figuran, además, las concentraciones recomendadas
para los oligoelementos. Aunque nosotros partimos de un agua que supuestamente
no recibe altas cantidades de residuos industriales, se hará un estudio de los
problemas que pueden plantearse con el uso excesivo de oligoelementos en
agricultura: Salinidad. Sodicidad. Toxicidad de microelementos y metales
pesados. Nitrógeno total. pH. Bicarbonato 3.2.1. Salinidad Una de las
características interesantes del agua de riego, es el contenido en sales que
contiene. En los sistemas convencionales de riego no toda el agua infiltrada en
el suelo es consumida por evapotranspiración (EPT) sino que una fracción del
agua rebasa la máxima profundidad de la zona radicular de las plantas. Esta
fracción que drena produce un lavado de sales y disminuye el proceso de
acumulación de sales en el espesor del suelo explorado por las raíces. Sin
embargo, siempre que el balance entre las sales acumuladas en el suelo y las
eliminadas por las aguas de drenaje sea positivo el suelo acabará
salinizándose, haciéndose improductivo. Las solubilidades de muchas de las
sales contenidos en el agua deriego, tales como cloruros, sulfato de sodio,
magnesio y potasio, cloruro cálcico, bicarbonatos de sodio y potasio son muy
superiores a las cifras límites de tolerancia a la salinidad de la mayor parte
de las plantas no halófilas. Las relativamente bajas solubilidades del
carbonato cálcico, magnesio y del sulfato cálcico limita su acumulación en la
solución del suelo a niveles inferiores a los perjudiciales para las plantas.
Las aguas de riego rara vez contiene suficiente cantidad de sales como para
causar un daño inmediato a los cultivos. Cuando no se produce un lavado
adecuado, las sales se disolverán en el agua del suelo hasta que se alcance una
concentración tal que se exceda el producto de solubilidad de cada una de
ellas. De forma general, en aquellos casos en que los valores de la fracción de
lavado sean menores del 10%, la precipitación de las sales menos solubles puede
ser importante. Los problemas de salinidad se darán más frecuentemente durante
los periodos cálidos debido a la frecuencia de los riegos, y al mayor consumo
de agua por parte de las plantas. Cálculo de la salinidad El efecto de la salinidad
es fundamentalmente de naturaleza osmótica, originando una disminución del
potencial total del agua en el suelo, y afecta por lo tanto negativamente al
rendimiento de los cultivos. El contenido de sales suele ser peligroso cuando
pasa por encima de 100 mg/l, contabilizándose en esta cifra todos los iones
existentes en el agua. La salinidad del agua de riego se determina midiendo su
conductividad eléctrica (C.E.), concentración deboro, cloruro, bicarbonatos,
Na+, Ca2+ y Mg2+.
127
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir La C.E., es una de las
determinaciones que se utilizan con mayor frecuencia, indica la facilidad con
que una corriente eléctrica pasa a través del agua, de forma que cuando mayor
sea el contenido de sales solubles ionizadas, mayor será el valor de aquella.
Para medirla se emplea el conductivímetro. Técnica y prácticamente se ha
demostrado que la cantidad de sales disueltas ionizadas en el agua es
proporcional a la C.E. Como la mayoría de las sales de interés son muy solubles
o ionizables, se ha comprobado que se cumple la siguiente relación: S.T. = C.E.
· K Siendo: S.T. = Concentración en sales totales, en mg/l. C.E. =
Conductividad eléctrica a 25 sC, en dS/m. K = Constante de proporcionalidad,
siendo 0,64 si expresado en μm/cm o 640 si está en mm/cm. La F.A.O.
clasifica en tres niveles la C.E. según los riesgos de salinidad: Tabla
Índice de Salinidad C.E. (miliohm/cm) a 25sC < 0,75 0,75 — 3,0 > 3,0
Riesgos de Salinidad
128
1 2 3
Sin problemas Problemas crecientes Problemas serios
Solución de los problemas de salinidad: El drenaje, la lixiviación y el cambio
de un cultivo por otro más tolerante a la salinidad, son prácticas para evitar
el impacto de una acumulación de sales a largo plazo. Sin embargo, también se
deben considerar las prácticas para tratar la salinidad temporal, estas
prácticas consiste en el lavado las sales aplicando a la zona radicular más
agua que la que necesitan los cultivos durante su período decrecimiento. Esta
cantidad extra de agua, percola por debajo de la zona radicular, desplazando
por lo menos una parte de las sales acumuladas en ella. Los factores críticos
en el control de las sales son la cantidad de agua necesaria para la
lixiviación y el momento oportuno para su aplicación. Las prácticas que pueden
aumentar la eficacia del lavado: • Lavar las sales preferentemente durante las
estaciones frías. Ello aumenta la eficacia y facilita la lixiviación ya que la
evapotranspiración es más baja. • Utilizar los cultivos de mayor tolerancia a
la salinidad. Ello implica una fracción de lavado menor y permite un ahorro de
agua. • Labrar el suelo para disminuir la escorrentía y destruir las grietas
que dejan pasar el agua a través de poros grandes y otras resquebrajaduras,
disminuyendo la eficacia de lavado. • Riegos con aspersión con intensidades de
aplicación superiores a la velocidad de infiltración. La lixiviación por
aspersión requiere mayor tiempo y menor agua que la lixiviación por inundación
continua. • Preferir la práctica de alternar períodos de inundación con
períodos secos, a la práctica de inundación continua. • Programar los lavados
durante los períodos de menor consumo de agua por los cultivos. En caso
contrario, proponer los lavados para después de la campaña de cultivo. • En los
casos de suelos de lenta infiltración, se debe prever el riego de presiembra o
la lixiviación fuera de la campaña de cultivo, para evitar aplicaciones
excesivas de aguas durante el período de crecimiento.
Ingeniería de aguasresiduales/Versión para imprimir • Regar antes de la llegada
de las lluvias, cuando se prevea que estas serán insuficientes para completar
la lixiviación. Tolerancia de los cultivos a la salinidad: No todos los
cultivos responden de igual manera a la salinidad, algunos producen
rendimientos aceptables a niveles de alta salinidad y otras son sensibles a
niveles relativamente bajos. Esta diferencia se debe a la mejor capacidad de
adaptación osmótica que tiene algunos cultivos, los que permiten absorber, bajo
condiciones de salinidad una mayor cantidad de agua. Las plantas sensibles a la
salinidad, gastan mucha energía en captar esa agua en detrimento del desarrollo
de la misma. 3.2.2. Sodicidad Las partículas del suelo adsorben y retienen
cationes como consecuencia de las cargas eléctricas que existen en la
superficie. Una vez que los cationes adsorbidos se han cambiado químicamente
con las partículas del suelo, pueden ser reemplazadas por otros cationes que se
encuentran en la solución del suelo. Esta reacción recibe el nombre de
intercambio de cationes, donde los más fácilmente intercambiables son los
cationes Na, Ca y Mg. Se entiende por sodicidad al fenómeno derivado de la
composición del agua de riego, que tiende a elevar el porcentaje de sodio
intercambiable (P.S.I.). Este aumento depende, entre otros factores, de la
relación del sodio soluble a los cationes divalentes (Ca2+, Mg2+) y del nivel
de iones bicarbonatos en el agua de riego. El sodio es uno de los uno de los
iones que más favorece a la degradación del suelo, es el sodio que sustituye
alcalcio en los suelos áridos, produciendo problemas de filtración en los
mismos. Esta situación da lugar a una dispersión de los agregados y a una
pérdida de la estructura, que dificulta la circulación del aire y agua, por lo
que el suelo adquiere un aspecto polvoriento y amorfo, perdiendo rápidamente su
permeabilidad. Está demostrado que aguas con alto contenido en sodio y baja
salinidad conducen al hinchamiento y/o dispersión de las partículas del suelo,
con el consiguiente efecto negativo sobre las propiedades físicas del mismo. La
infiltración, en general, aumenta con la salinidad y disminuye con una
reducción en salinidad, o un aumento en el contenido en sodio en relación al
calcio y en magnesio (RAS). Un agua de salinidad (Cea < 0,5 ds/m o <
0,2), tiende a lixiviar las sales y minerales solubles, incluyendo el calcio,
reduciendo su influencia sobre la estabilidad de las agregadas y estructura del
suelo. Las partículas más pequeñas del suelo así dispersados obstruyen el
espacio poroso y sellan la superficie del suelo, reduciendo notablemente la
infiltración. En la siguiente tabla se muestra los efectos sobre la
permeabilidad del suelo que pueden presentarse con diferentes concentraciones
de salinidad y sodio. Tabla 4
!sin Problemas Problemas Crecientes Problemas serios Riesgo del descenso de
permeabilidad (CE μΩ/cm) Riesgo del descenso de permeabilidad (SARaj)
9 >0,5 Zn> Cu> Pb> Cr> Ni> Cd. Los efluentes tras un
tratamiento secundario tienen concentraciones similares a las de las aguas
naturales excepto para el Zn, más abundante en aguasresiduales urbanas. Estos
últimos elementos son considerados como los más peligrosos, junto el Hg.
Teniendo en cuenta que la mayoría de los microelementos tienden a acumularse en
el suelo; el contenido de éstos en suelos regados con agua residual regenerada
puede aumentar considerablemente si el riego se prolonga durante un largo
periodo de tiempo. Ensayos realizados en el Estado de California han llegado a
la conclusión de que se puede regar con agua residual de composición típica
durante casi 100 años, antes de que la concentración debida a la
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir acumulación de
microelementos en el suelo alcance el límite máximo. El agua y el suelo deben
analizarse periódicamente a fin de estimar la velocidad de acumulación de
elementos en el suelo. 3.2.4. Nitrógeno total Los rendimientos de los cultivos
sensibles al nitrógeno (remolacha azucarera, vid, albaricoque, cítricos)
pueden verse afectados por concentraciones de nitrógeno que excedan de 5 mg/l
procedentes tanto de nitrato como de amonio. Cuando la concentración excede los
20 mg/1 son de temer problemas graves con cultivos sensibles. Para cultivos no
sensibles, puede ser adecuada la concentración de más de 30 mg/l, evitándose en
estos casos el aporte de abonos nitrogenados. Concentraciones de menos de 5
mg/l no tienen ningún efecto ni en cultivos sensibles al nitrógeno. El
nitrógeno y la planta El nitrógeno orgánico no puede ser absorbido por la
planta; previamente hay que transformarlo a nitrógeno mineral. Cuando necesita
un efecto rápidosobre el cultivo se emplea el nitrógeno nítrico y para un
efecto más lento el amoniacal. Las plantas absorben nitrógeno desde el
principio hasta el final de su desarrollo; pero hay etapas en las que las necesidades
de nitrógeno son más intensas. En los cereales, las mayores necesidades
coinciden con el ahijado, encañado y floración; en los frutales coinciden con
la floración y el cuajado de frutos 3.2.5. Índice de acidez El pH representa la
medida de la acidez o alcalinidad del agua. El intervalo normal para agua de
riego oscila entre pH 6,5 y 8 y el agua residual urbana ya sea bruta o tratada
sin vertidos industriales en condiciones normales se encuentra en un intervalo
ideal para su uso para riego. Sin embargo, cuando se encuentra fuera de este
rango indica que algo anormal ocurre; ya sea referente a la calidad del agua o
a la presencia de algún ión tóxico. Cuando sucede esto último el pH sirve como
advertencia de que hay que realizar una rigurosa analítica del agua, para una
vez averiguado qué causa la bajada o subida del pH, hacer las correcciones
necesarias. El control de pH se hace necesario tanto para evitar daños en
cultivos, en tratamiento biológico etc., como para evitar corrosiones en
tuberías de los diferentes sistemas de distribución del agua así como en los
sistemas de riego 3.2.6. Bicarbonatos La alcalinidad es debida a la presencia
de bicarbonatos HCO3-, carbonatos e hidróxidos. La mayor parte de la
alcalinidad natural en las aguas las causa el bicarbonato. En las aguas
residuales es útil porque proporciona unamortiguamiento para resistir los
cambios de pH; pero con respecto al riego, aún en concentraciones muy bajas
puede ser un problema sobre si se trata de riego por aspersión de frutales o viveros
durante períodos de baja humedad y gran evaporación. A medida que el agua de
las hojas se evapora, las sales se concentran. Aunque ello no implica
toxicidad, si el efecto de concentración es suficientemente grande, las sales
menos solubles en el agua precipitan depositándose en el fruto y en las hojas.
132
Ingeniería de aguas residuales/Versión para imprimir 3.3 .Características
biológicas: Estas características se relacionan con bacterias, virus y otros
organismos causantes de enfermedades. Antes de ser tratadas, las aguas
residuales tendrán toda clase de microorganismos, muchos de los cuales son
patógenos, es decir, causantes de enfermedades. El grado de desinfección
dependerá del tratamiento usado, la utilización que se prevé y los requisitos sanitarios.
Algunos ejemplos son: · *Bacterias de la putrefacción, como por ejemplo
Pseudomonas fluorescens, P. aeruginosa, Proteus vulgaris, Bacillus cereus, B.
subtilis, Aerobacter cloacae, Zooglea ramigera · · *Coliformes: constituye
un indicador importante de la impurificación del agua con materias fecales · ·
*Enterobacteriáceas, como Escherichia coli, Aerobacter aerogenes, Streptococcus
faecalis; todas ellas procedentes de los intestinos. · · *Hongos: las aguas de
desecho contienen también esporas e hifas de hongos como Leptomitus lacteus y
Fusarium aquaedutuum. Proliferan en un amplio intervalo de pH(de 3 a 9). · ·
*Bacterias intestinales patógenas, como Salmonella typhi y Salmonella
paratyphi, que producen enfermedades típicas, algo más raro es la Shigella que
produce la disentería, el Vibrio cholerae (agente del cólera), el bacilo
tuberculoso (Mycrobacterium tuberculosis) · · *Virus patógenos para la
especie humana: Además de bacterias y hongos las aguas residuales urbanas son
portadoras de numerosos virus patógenos para la especie humana, los cuales
conservan su virulencia allí, durante más o menos tiempo, como el virus de la
poliomielitis. · · * microorganismos patógenos para los animales: Un ejemplo
claro es el de la brucelosis del ganado producida por bacterias del género
Brucella. · Una forma de transmitir todas estas enfermedades es a través del
uso de estas aguas para riego agrícola. Por este motivo es necesario e
imprescindible un tratamiento previo para su posterior reutilización en riego, tratamiento
que dependerá del uso que se le vaya a dar (tipo de riego, cultivo, zona a
regar) y por supuesto condiciones sanitarias impuestas. La propuesta de calidad
de los parámetros microbiológicos requerida para las aguas de riego, de la
O.M.S, son muy parecidas a las establecidas por el M0 de Sanidad de Francia,
estas últimas son: Tabla 8
Hortalizas y frutas crudas PARÁMETROS MICROBIOLÓGICOS Nematodos intestinales
(media aritmética huevos/l) Coliformes fecales(media geométrica/100ml)
Tratamiento orientativo Estanques de estabilización o equivalente Trabajador,
consumidor Estanques de estabilización o equivalente Trabajador
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