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Copyright © 2008. UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia. All rights reserved. Cabildo, Miranda, Maria del Pilar, et al. Reciclado y tratamiento de residuos, UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia, 2008. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/redcraisp/detail.action?docID=3199391. Created from redcraisp on 2018-02-04 19:02:41.

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Reciclado y tratamiento de residuos

M.a DEL PILAR CABILDO MIRANDA ROSA M.a CLARAMUNT VALLESPÍ M.a DEL PILAR CORNAGO RAMÍREZ CONSUELO ESCOLÁSTICO LEÓN SOLEDAD ESTEBAN SANTOS M.a ÁNGELES FARRÁN MORALES M.a ÁNGELES GARCÍA FERNÁNDEZ CONCEPCIÓN LÓPEZ GARCÍA JAVIER PÉREZ ESTEBAN MARTA PÉREZ TORRALBA DOLORES SANTA MARÍA GUTIERREZ DIONISIA SANZ DEL CASTILLO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN A DISTANCIA

Cabildo, Miranda, Maria del Pilar, et al. Reciclado y tratamiento de residuos, UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia, 2008. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/redcraisp/detail.action?docID=3199391. Created from redcraisp on 2018-02-04 19:02:41.

RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del Copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución de ejemplares de ella mediante alquiler o préstamos públicos. © Universidad Nacional de Educación a Distancia Madrid 2008

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© M.a del Pilar Cabildo Miranda, Rosa M.a Claramunt Vallespí, M.a del Pilar Cornago Ramírez, Consuelo Escolástico León, Soledad Esteban Santos, M.a Ángeles Farrán Morales, M.a Ángeles García Fernández, Concepción López García, Javier Pérez Esteban, Marta Pérez Torralba, Dolores Santa María Gutiérrez, Dionisia Sanz del Castillo ISBN electrónico: 978-84-362-6006-9

Edición digital actualizada: junio de 2012

Cabildo, Miranda, Maria del Pilar, et al. Reciclado y tratamiento de residuos, UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia, 2008. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/redcraisp/detail.action?docID=3199391. Created from redcraisp on 2018-02-04 19:02:41.

ÍNDICE

PRÓLOGO

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UNIDAD DIDÁCTICA I Tema 1. Residuos: definición, clasificación y tratamiento (Dra. Dña. Concepción López García) 1.1. Concepto de residuo 1.2. Problemática de los residuos 1.3. Clasificación de los residuos 1.4. Aspectos generales del tratamiento de residuos 1.5. Conciencia ambiental en materia de residuos Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación Tema 2. Tratamiento de aguas residuales urbanas (Dra. Dña. M.ª del Pilar Cabildo Miranda) 2.1. Normativa de las aguas residuales urbanas. Definiciones 2.2. Aguas residuales urbanas 2.3. Parámetros indicadores de la calidad del agua 2.4. Tratamiento de las aguas residuales urbanas 2.5. Reutilización de aguas y lodos Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación Tema 3. Tratamiento de aguas residuales industriales (Dra. Dña. Soledad Esteban Santos) 3.1. Aguas residuales industriales 3.2. Contaminación de las aguas residuales industriales 3.3. Tratamiento conjunto de aguas residuales urbanas e industriales 3.4. Tipos de tratamientos de las aguas residuales industriales

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RECICLADO

Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

3.5. Pretratamiento 3.6. Tratamiento primario 3.7. Tratamiento secundario 3.8. Tratamiento terciario 3.9. Tratamiento de lodos 3.10. Conclusiones Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación

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UNIDAD DIDÁCTICA II Tema 4. Residuos sólidos urbanos (Dra. Dña. Consuelo Escolástico León) 4.1. Concepto de Residuos Urbanos (RU) 4.2. Composición de los RU 4.3. Propiedades de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) 4.4. Impacto ambiental de los RSU 4.5. Gestión de los RSU Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación Tema 5. Tratamiento de la materia orgánica. Compostaje (Dra. Dña. M.ª del Pilar Cornago Ramírez) 5.1. Compostaje y compost 5.2. ¿Por qué hacer compostaje? 5.3. Tratamiento aeróbico de la materia orgánica. Compostaje 5.4. Sistemas de compostaje 5.5. Otras formas de obtener compost 5.6. Conclusiones Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación Tema 6. El suelo como medio de reciclado (Dra. Dña. Dolores Santa María Gutierrez) 6.1. Vertidos y residuos en el suelo 6.2. Capacidad de autodepuración en función de las propiedades edáficas

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ÍNDICE

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6.3. Reciclado de los metales pesados en el suelo 6.4. Reciclado de otros residuos y materiales que se aportan con frecuencia al suelo 6.5. Técnicas de tratamiento de suelos contaminados Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación Tema 7. Vertederos (D. Javier Pérez Esteban) 7.1. El origen de los vertederos 7.2. Tipos de vertederos 7.3. Metabolismo y productos de vertedero: biogás y lixiviados 7.4. Biogás: composición, generación, extracción y gestión 7.5. Lixiviados: composición y generación 7.6. Protección del suelo y de las aguas: drenaje, recogida y tratamiento de lixiviados 7.7. Sellado y clausura. Recuperación medioambiental de vertederos Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación Tema 8. Tratamiento residuos industriales (Dra. Dña. M.a Ángeles García Fernández) 8.1. Definición y clasificación de residuos industriales 8.2. Gestión de residuos industriales 8.3. Tratamiento físico 8.4. Tratamiento químico 8.5. Tratamiento térmico 8.6. Tratamiento biológico 8.7. Vertederos de residuos industriales 8.8. Ecoeficiencia del sector industrial Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación

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RECICLADO

Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

UNIDAD DIDÁCTICA III

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Tema 9. Residuos agrarios (Dra. Dña. Marta Pérez Torralba) 9.1. Definición y clasificación de residuos agrarios 9.2. Biomasa. Transformación de la biomasa en energía 9.3. Reciclado y recuperación a partir de los residuos agrarios Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación Tema 10. Reciclado de materiales poliméricos (Dra. Dña. M.a Ángeles Farrán Morales) 10.1. Introducción 10.2. Gestión de residuos poliméricos 10.3. Reciclado mecánico 10.4. Reciclado químico 10.5. Valorización energética 10.6. Degradación y ciclo de vida de los polímeros 10.7. Ejemplos prácticos de reciclado de polímeros Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación Tema 11. Tratamiento de residuos específicos I (Dra. Dña. Rosa M.a Claramunt Vallespí) 11.1. Introducción 11.2. Recuperación y reciclado de envases y embalajes 11.3. Reciclado de papel, cartón y tinta 11.4. Reciclado de vidrio 11.5. Recuperación de la madera 11.6. Reciclado de materiales metálicos Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación Tema 12. Tratamiento de residuos especificos II (Dra. Dña. Dionisia Sanz del Castillo) 12.1. Tratamiento y gestión de pilas 12.2. Reciclado de vehículos y neumáticos fuera de uso 12.3. Aceites usados y fluidos de corte

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ÍNDICE

12.4. Residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (RAEE) 12.5. Residuos sanitarios 12.6. Residuos radiactivos 12.7. Tratamiento de escombros Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación BIBLIOGRAFÍA SIGLAS

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Aquí podrá encontrar información adicional y actualizada de esta publicación

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PRÓLOGO

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La sociedad, a partir de mediados del siglo XX, se desarrolla tomando como base que los recursos en materias primas son inagotables, lo cual genera toda una tecnología de transformación de dichas materias en bienes de consumo. Ello origina un círculo vicioso, en el que cuanta más tecnificación hay más producción y más consumo. Fruto de todo este proceso cíclico, es el agotamiento de los recursos y la acumulación de residuos. Los residuos constituyen un grave problema ambiental en sí mismos, por los motivos anteriores y, al mismo tiempo, son en el origen de otros como la contaminación de las aguas, del suelo y del aire, con los correspondientes riesgos asociados para la salud pública y la vida animal y vegetal. Además pueden ser una fuente significativa de emisiones de gases de efecto invernadero, contribuyendo de este modo al cambio climático, uno de los problemas ambientales más importantes de la historia de la humanidad. Para nadie es un secreto que a medida que las sociedades desarrolladas mejoran sus niveles de bienestar y riqueza, aumentan el volumen de materiales de todo tipo que destinan al abandono o a la bolsa de basura; se diría que hay una relación directa, inexorable, entre los niveles de renta y el confort de los ciudadanos con la basura que generan. Si se analizan los datos cuantitativos disponibles hay que convenir en que esta correlación existe realmente, y está en el origen del crecimiento galopante del volumen de residuos generados per capita, fenómeno constatable no sólo en España sino también en los restantes países industriales desarrollados. Esta tendencia ha dado como resultado la situación actual, insostenible a todas luces, habida cuenta de los enormes volúmenes de residuos de todo tipo que se generan. Varias son las cuestiones de fondo que se derivan de esta situación. ¿Es inevitable aumentar los residuos generados a medida que sube el nivel de vida de la población? ¿Cómo podemos mejorar la gestión, reciclar más,

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RECICLADO

Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

valorizar más, minimizar el vertido final? ¿Qué métodos son los mejores para concienciar a la población de la importancia objetiva que para el medio ambiente, y para la economía en general, tiene el correcto tratamiento de los residuos? ¿Cómo dotar a nuestro país de las muy necesarias instalaciones para el tratamiento de los residuos? De las respuestas que se den a preguntas como éstas, depende en cierta medida el éxito de una moderna política de residuos. Numerosos estudios y análisis han permitido llegar a la conclusión de que es posible quebrar el paralelismo registrado hasta ahora entre los niveles de desarrollo y la generación de residuos. Es factible, y deseable, reducir la generación de residuos por unidad de bienestar social; esta es una forma de expresar el llamado «principio de prevención», recogido en nuestra legislación sobre la materia como primera prioridad.

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Evitar en lo posible los impactos ambientales causados por los residuos dando un correcto tratamiento a los mismos debe ser un elemento prioritario de la política ambiental. Los beneficios de prestar al problema de los residuos la atención merecida son muchos, y no sólo en el orden ambiental sino también desde el punto de vista tecnológico, económico y social. La edición de estas Unidades Didácticas se presenta como una herramienta eficaz de información acerca de todos los posibles tratamientos de una amplia variedad de residuos y, por otra parte, aborda soluciones para minimizar la contribución de los mismos a las emisiones de gases de efecto invernadero. Los contenidos del curso se recogen en doce temas que se han distribuido en tres Unidades Didácticas, para que las/los estudiantes avancen en su estudio de una forma gradual y distribuyan los contenidos en el tiempo. Todos los temas, a su vez, constan de: un sumario, los objetivos que se pretenden conseguir, el desarrollo del propio tema y, además incorpora unos ejercicios de autocomprobación junto con las soluciones a los mismos, con el fin de poder autoevaluarse al finalizar el estudio de cada tema. El texto es autosuficiente, aunque es recomendable que se amplíen conocimientos con otros libros de texto más extensos y revistas especializadas para acostumbrarse a utilizar diversas fuentes de aprendizaje. El programa hace una introducción de los residuos exponiéndose en el primer tema los conceptos más generales sobre su clasificación y trata-

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PRÓLOGO

miento; los temas 2 y 3 hacen referencia al tratamiento de aguas residuales tanto urbanas como industriales; en los temas 4 a 10 se abordan los tratamientos que se dan a los residuos generados en grandes áreas como son los urbanos, industriales y agrarios, y a su vez se dedican temas específicos sobre compostaje, vertederos, el suelo como medio de reciclado de residuos y el tratamiento de materiales poliméricos; por último, se hace referencia en los temas 11 y 12 al tratamiento de residuos específicos, como pueden ser el papel o el vidrio, vehículos fuera de uso, aceites, etc., haciendo alusión tanto a los peligrosos como a los sanitarios y radiactivos. En todos ellos se hace referencia a su interacción con el medio ambiente y a las técnicas más avanzadas que pueden ser aplicadas en estos momentos, contando siempre con el principio de prevención y minimización de los diferentes residuos.

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Con este texto se espera transmitir el sentimiento de conservación de nuestro bien más preciado: el Medio Ambiente, y aunque los residuos son en sí mismo negativos, se pueden reusar, reutilizar, reciclar o recuperar y, cuando no sea posible una de las anteriores alternativas, valorizar.

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

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Diferentes tipos de residuos generados por la sociedad.

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SUMARIO 1.1. Concepto de residuo 1.2. Problemática de los residuos 1.3. Clasificación de los residuos 1.3.1. Lista Europea de Residuos 1.3.2. Indicadores de riesgo 1.4. Aspectos generales del tratamiento de residuos 1.4.1. 1.4.2. 1.4.3. 1.4.4.

Prevención como prioridad Reutilización Valorización: Reciclaje y valorización energética Eliminación

1.5. Conciencia ambiental en materia de residuos Ejercicios de autocomprobación Copyright © 2008. UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia. All rights reserved.

Soluciones a los ejercicios de autocomprobación

OBJETIVOS 1. Exponer la problemática de los residuos. 2. Clasificar los residuos. 3. Identificar los residuos dentro de la taxonomía de la Lista Europea de Residuos. 4. Relacionar los indicadores de riesgo con los distintos tipos de residuos. 5. Explicar el principio de jerarquía en el tratamiento de residuos. 6. Describir las diferentes opciones utilizadas para la gestión de los residuos

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1.1. CONCEPTO DE RESIDUO Residuo es todo material inútil o no deseado, originado por la actividad humana, en cualquier estado físico (sólido, líquido, gaseoso, y sus respectivas mezclas) que puede ser liberado en cualquier medio receptor (atmósfera, agua, suelo). Incluye por tanto no sólo los residuos sólidos, sino también los efluentes líquidos y las emisiones gaseosas. Hay objetos o materiales que son residuos en determinadas situaciones, mientras que en otras se aprovechan. En los países desarrollados se tira diariamente a la basura una gran cantidad y variedad de materiales y objetos, que en los países en vías de desarrollo volverían a ser utilizados o seguirían siendo bienes valiosos. Además, muchos residuos se pueden reciclar si se dispone de las tecnologías adecuadas y el proceso es económicamente rentable. Una buena gestión de los residuos persigue, precisamente, no perder el valor económico y la utilidad que puedan tener muchos de ellos y usarlos como materiales útiles en vez de descartarlos. En la legislación se define residuo como «cualquier sustancia u objeto perteneciente a alguna de las categorías que se recogen en el anexo I de la Directiva 2006/12/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de la Unión Europea (Tabla 1.1) y del cual su poseedor se desprenda o del que tenga la intención o la obligación de desprenderse. En todo caso, tendrán esta consideración los que figuren en la Lista Europea de Residuos (LER), aprobada por las Instituciones Comunitarias». (Apartado 1.3.1). Actualmente se aplica la Directiva 2008/98/CE del Parlamento Europeo y del Consejo.

Esquema 1.1. Definición de residuo en la legislación.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Tabla 1.1. Anexo I de la Directiva 2006/12/CE del Parlamento Europeo y del Consejo.

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Categorías de residuos Q1

Residuos de producción o de consumo no especificados a continuación.

Q2

Productos que no respondan a las normas.

Q3

Productos caducados.

Q4

Materias que se hayan vertido por accidente, que se hayan perdido o que hayan sufrido cualquier otro incidente, con inclusión del material, del equipo, etc., contaminado a causa del incidente en cuestión.

Q5

Materias contaminadas o ensuciadas a causa de actividades voluntarias (por ejemplo, residuos de operaciones de limpieza, materiales de embalaje, contenedores, etc.).

Q6

Elementos inutilizables (por ejemplo, baterías fuera de uso, catalizadores gastados, etc.)

Q7

Sustancias que hayan pasado a ser inutilizables (por ejemplo, ácidos contaminados, disolventes contaminados, sales de temple agotadas, etc.).

Q8

Residuos de procesos industriales (por ejemplo, escorias, posos de destilación, etc.).

Q9

Residuos de procesos anticontaminación (por ejemplo, barros de lavado de gas, polvo de filtros de aire, filtros gastados, etc.).

Q10 Residuos de mecanización/acabado (por ejemplo, virutas de torneado o fresado, etc.). Q11 Residuos de extracción y preparación de materias primas (por ejemplo, residuos de explotación minera o petrolera, etc.). Q12 Materia contaminada (por ejemplo, aceite contaminado con PCB, etc.). Q13 Toda materia, sustancia o producto cuya utilización esté prohibida por la ley. Q14 Productos que no son de utilidad o que ya no tienen utilidad para el poseedor (por ejemplo, artículos desechados por la agricultura, los hogares, las oficinas, los almacenes, los talleres, etc.). Q15 Materias, sustancias o productos contaminados procedentes de actividades de regeneración de terrenos. Q16 Toda sustancia, materia o producto que no esté incluido en las categorías anteriores.

Quedan excluidos del ámbito de aplicación de la Directiva Comunitaria, anteriormente indicada, los efluentes gaseosos emitidos en la atmósfera y, cuando ya estén cubiertos por otra legislación: los residuos radiactivos; los residuos resultantes de la prospección, de la extracción, del tratamiento y del almacenamiento de recursos minerales, así como de la explotación de canteras; los cadáveres de animales y los residuos agrícolas siguientes: materias

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

fecales y otras sustancias naturales no peligrosas, utilizadas en el marco de la explotación agrícola; las aguas residuales, con excepción de los residuos en estado líquido y los explosivos desclasificados. Todos ellos se regulan por disposiciones específicas particulares. En general, está claro lo que es residuo y lo que no es, pero algunas veces surgen problemas en relación con la interpretación de la definición y conceptos como subproductos, co-productos, productos intermedios, materia prima secundaria, etc., que aparecen con frecuencia en el vocabulario empresarial, carecen de significado jurídico en la legislación ambiental comunitaria donde los materiales son simplemente residuos o no residuos.

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A continuación, se muestra un árbol de decisión para distinguir entre residuos y subproductos en los procesos de producción:

Fuente: Comisión de las Comunidades Europeas.

Esquema 1.2. Un árbol de decisión: ¿residuo o subproducto?

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

El que un material determinado no sea considerado residuo, no tiene que significar que quede completamente al margen del sistema de protección del medio ambiente y de la salud humana. Además, es necesario recordar que si en la práctica su poseedor se desprende de él, entonces debe considerarse y tratarse claramente como residuo.

1.2. PROBLEMÁTICA DE LOS RESIDUOS

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Las amenazas contra el medio ambiente son múltiples, pero una de las más graves proviene del aumento de los residuos y de los vertidos incontrolados, que provocan la producción de malos olores, destrucción del paisaje y de los recursos naturales; facilitan la proliferación de plagas de roedores e insectos portadores de enfermedades, contaminan los suelos, las aguas superficiales y el aire, pueden provocar incendios, etc. En la Prehistoria, los residuos eran básicamente orgánicos, siendo por lo tanto perfectamente asumidos por el medio ambiente. Al principio, las poblaciones eran nómadas y abandonaban sus campamentos dejando las basuras producidas; cuando la agricultura y la ganadería se desarrollaron comenzaron entonces a establecerse en asentamientos, y los residuos se depositaban, sin más, en vertederos, ríos, mares o cualquier otro lugar que se encontrara cerca. En la Antigüedad, se establecieron las primeras civilizaciones y los grandes imperios, llevando asociados nuevos tipos de residuos que en algunas ciudades se recogían en contenedores de arcilla o en fosas que se vaciaban y limpiaban periódicamente y, en otras, eran arrojados a las afueras de la ciudad, cubiertos con tierra o quemados regularmente. En la Edad Media, muchos de los conocimientos tecnológicos y normas de higiene se perdieron, y las plagas y epidemias tuvieron un impacto terrible en la población. A finales del siglo XVIII y principios del XIX se inicia la Revolución Industrial, que produce una auténtica explosión demográfica y económica manifestada en el imparable desarrollo de la urbanización; todavía entonces, la estructura económica y los hábitos sociales favorecían la existencia de formas de vida que se basaban en el aprovechamiento de los pocos residuos que la sociedad generaba, por ejemplo los traperos, los chatarreros, etc. Pero no sería hasta mediados del siglo XX, cuando la cantidad y variedad de residuos generados aumenta de forma significativa y comienzan a surgir las primeras alarmas y los primeros casos de contaminación por residuos.

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

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El caso del canal Love: en los años 50 del siglo xx, la compañía química americana Hooker utilizó un viejo canal (canal Love) para depositar 20.000 toneladas de productos químicos muy tóxicos. En 1952, la ciudad de Niagara Falls expropió esos terrenos para construir una urbanización y una escuela. La compañía química advirtió de los peligros, pero se pensó que recubriendo el vertedero con capas de arcilla y tierra quedaría suficientemente sellado. En 1977, los problemas de salud en las personas fueron tan graves que la zona fue declarada un área catastrófica, la escuela fue cerrada y las familias de la zona evacuadas. (Figura 1.1).

Figura 1.1. Residuos tóxicos en el canal Love (Niagara Falls).

Los viajes de los residuos tóxicos: los países industrializados producen cerca del 80% de los 400 millones de toneladas de basura tóxica generados anualmente en el mundo, y exportan un 10% de esa basura, en su gran mayoría, a países subdesarrollados con grandes necesidades económicas. El barco de bandera panameña Khian Sea fue alquilado en 1986, por la ciudad de Filadelfia, para transportar 14.000 toneladas de cenizas de sus incineradoras a Panamá, donde iban a ser utilizadas en la construcción de una carretera. Las cenizas contenían sustancias químicas tóxicas y Panamá las rechazó por lo que intentó dejar su carga tóxica en otros países (Repu-

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

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blica Dominicana, Honduras, Guinea Bissau, etc.) sin lograrlo. Dieciséis meses después, consiguió descargar 4.000 toneladas de esas cenizas en Haití (con un permiso de importación para fertilizantes), pero hubo una fuerte presión por parte de la población y de grupos ecologistas para intentar evitar esa tragedia y se reclamó a la embarcación que recogiera el cargamento vertido; pero ya era tarde, el barco se fue y continuó intentando descargar el resto en Senegal, Marruecos, Yugoslavia, Sri Lanka y Singapur. (Figura 1.2).

Figura 1.2. El Khian Sea (En 1986, cargado con 14.000 toneladas de cenizas tóxicas).

Finalmente, el barco reapareció en noviembre de 1988, con sus bodegas vacías y sin explicar si las cenizas fueron descargadas ilegalmente en algún país o si terminaron en el fondo del mar. Aunque años más tarde un miembro de la tripulación contó que los residuos fueron vertidos en el Océano Índico. Otro hecho de gran preocupación es el relativo al desmantelamiento de barcos y naves fuera de servicio. Países como India, Pakistán, Bangladés y China son utilizados como cementerios de barcos, con los graves problemas de salud que esto supone para quienes llevan a cabo esa labor. En 1986, se redactó el Convenio de Basilea, que prohibía la exportación de residuos peligrosos a países en vías de desarrollo sin el consentimiento previo del país receptor. Esto no evitaba que muchos países aceptaran residuos a cambio de dinero y así, en 1995, se añadió una enmienda que

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

obligaba a la Unión Europea, la OCDE y Liechtenstein a prohibir cualquier exportación de residuos tóxicos. Actualmente, la Unión Europea establece un sistema de vigilancia y control sobre el traslado de residuos y ha elaborado un reglamento (Reglamento (CE) n.o 1013/2006) en vigor desde el 12 de julio de 2007.

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El sector electrónico: este sector está haciendo un uso abusivo de recursos que está generando graves problemas medioambientales. Así, por ejemplo, para fabricar un ordenador de sobremesa con pantalla plana de 17 pulgadas se necesitan, al menos, 240 kilos de combustibles, 22 kilos de productos químicos y 1.500 kilos de agua; en total, 1,8 toneladas de productos. Por otra parte, los desperdicios electrónicos, la «e-basura» no está siendo gestionada correctamente. El 80% de desechos de aparatos eléctricos de EEUU van a China, India y Pakistán. Afortunadamente, ya se ha tomado conciencia de los efectos negativos que tienen los residuos tanto para la salud de las personas como sobre el medio ambiente, y no se concibe una sociedad moderna sin una adecuada gestión integral de los residuos, gestión que se realiza mediante la depuración y reutilización de aguas residuales, la creación de centros de reciclaje para los residuos sólidos urbanos, la retirada selectiva de materiales tóxicos (pilas, aceites, etc.) y la elaboración y aplicación de leyes y políticas de protección ambiental. La Constitución Española, en su artículo 45, dice: 1. «Todos tienen el derecho a disfrutar de un medio ambiente adecuado para el desarrollo de la persona, así como el deber de conservarlo. 2. Los poderes públicos velarán por la utilización racional de los recursos naturales, con el fin de proteger y mejorar la calidad de vida y defender y restaurar el medio ambiente, apoyándose en la indispensable solidaridad colectiva. 3. Para quienes violen lo dispuesto en el apartado anterior, en los términos que la Ley fije, se establecerán sanciones penales o, en su caso, administrativas, así como la obligación de reparar el daño causado». La actual directiva-marco europea, Directiva 2006/12/CE, obliga a los Estados miembros a elaborar Planes de residuos y Planes específicos de prevención de residuos. En España, los primeros intentos de planificación ordenada de los residuos se remontan a 1995, año en el que se aprobaron el I Plan Nacional de

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Residuos Peligrosos (1995-2000) y el I Plan Nacional de Recuperación de Suelos Contaminados (1995-2005). Así, se han ido aprobando distintos Planes y Programas Nacionales de los diferentes tipos de residuos a los que se han sumado los de las Comunidades Autónomas, que han elaborado y aprobado Planes estratégicos sobre gestión de residuos, con contenidos y alcances variados, en función de sus propias políticas y prioridades. Está claro que la puesta en práctica de los Planes de residuos a lo largo de los últimos años, ha supuesto notables mejoras en algunos aspectos pero siguen quedando pendientes muchos problemas, algunos de los cuales se recogen en la Tabla 1.2.

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Tabla 1.2. Algunos logros alcanzados y problemas pendientes de la implantación de los Planes de Residuos. Mejoras

Problemas pendientes

Ha aumentado la conciencia ambiental en materia de residuos.

Es necesario insistir más en la prevención de la generación de residuos.

Se han ampliado y mejorado las infraestructuras para el tratamiento adecuado de los residuos.

Los sistemas de acceso a la información y a los datos estadísticos tienen que ser mejorados.

Aunque insuficiente, se van destinando cada vez más recursos económicos a la investigación y puesta en práctica de mejoras tecnológicas para la gestión de residuos.

Es necesario disminuir la generación de residuos urbanos, su tendencia creciente no es sostenible en el futuro.

Se ha conseguido mejorar la calidad ecológica de la gestión de los residuos.

Es preciso aumentar el número de instalaciones industriales para el tratamiento de residuos.

El mundo académico está dedicando un mayor esfuerzo a los problemas relacionados con los residuos.

Hay que reducir las cantidades de residuos destinadas a eliminación y es preciso penalizar esta práctica.

Algunos sectores empresariales han puesto en práctica Planes de prevención para ciertos residuos.

Hay que mejorar los sistemas de recogida selectiva.

Se han incrementado los sistemas de control, inspección y vigilancia, aunque aun son insuficientes. Es destacable la labor del SEPRONA.

Es necesario incrementar la inversión en I+D+i para conseguir mejorar las tecnologías de gestión de los residuos.

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

El problema del crecimiento de los residuos urbanos es cada día más grave. En Europa se produce, por persona, una media de 534 kg de residuos cada año. España es de los países europeos donde más crecen estos desechos. Cada año la UE produce alrededor de 1.800 millones de toneladas de residuos y este volumen aumenta a un ritmo comparable al del crecimiento económico.

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A la vista de la cantidad de residuos que anualmente se generan en Europa y del avance de las nuevas tecnologías, el Ministerio del Medio Ambiente (MMA) ha elaborado el Plan Nacional Integrado de Residuos (PNIR), con el fin de trasladar a la normativa local, autonómica y estatal, las directrices de la UE en esta materia. En el Plan se incluyen todos los residuos que figuran en la Lista Europea de Residuos (Apartado 1.3.1), generados en España o procedentes de países extranjeros, excepto los residuos radiactivos, los residuos de origen animal —regulados en el Reglamento (CE) n.o 1774/2002 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 3 de octubre de 2002—, los residuos líquidos y deyecciones ganaderas (purines), que serán regulados y planificados en una norma específica, y algunos residuos de la industria agroalimentaria que serán incorporados en una próxima revisión. El PNIR se proyecta desde 2007 hasta 2015, e incluye Planes específicos para las diferentes fracciones de residuos. Algunos de los objetivos específicos que pretende alcanzar son: • Disminuir un 10%, en peso, la generación de residuos de envases comerciales e industriales a partir del año 2010. • Reducir un 50%, en peso, del consumo de bolsas comerciales de distribución, de un solo uso, a partir del año 2010. • Reducir el uso de bolsas comerciales de distribución fabricadas con materiales no biodegradables. Como objetivo último se establece la sustitución de al menos un 70% de bolsas no biodegradables por biodegradables. • Reducir un 50% los residuos de papel/cartón originados en la propaganda comercial no solicitada, distribuida mediante buzoneo, a partir del año 2012. • Reducir la generación de Residuos Peligrosos (RP) un 15%, a finales de 2015. • Reutilizar el 80% de los aceites industriales usados, a partir del 1 de enero de 2016. • Reciclar el 40% de los Residuos de Construcción y Demolición (RCD) a partir de 2011.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

• Valorizar el 70% de los residuos de envases de materiales de construcción a partir de 2010. • Recuperación y valorización anual del 95%, en peso, de los residuos de pilas botón generados, a partir de 2011. • Recuperación y valorización anual del 98%, en peso, de los residuos generados de pilas, acumuladores y baterías industriales que contengan cadmio, antes del 1 de enero de 2012. Como se puede ver, los objetivos de este Plan son ambiciosos y muy deseables pero, para poderlos alcanzar, es necesario la colaboración activa de la sociedad, unas fuertes medidas de control y un sistema de sanciones que garantice el cumplimiento de la legislación.

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España carece de la suficiente información en materia de residuos, y es realmente difícil disponer de datos fiables y aquellos de los que se dispone suelen estar basados en estimaciones. En este sentido, el MMA contempla crear un sistema de información, denominado sistema HÉRCULES, que se pondrá en marcha antes del 2009. Ésta es una necesidad urgente demandada por distintas organizaciones como, por ejemplo, Greenpeace. Para no hipotecar el futuro de las próximas generaciones, es preciso establecer una correcta gestión y aprovechamiento de los residuos, y deben ser considerados no basuras indeseadas, sino fuente de materias primas que nuestra sociedad no puede permitirse el lujo de desaprovechar. La gestión de residuos ya no es, ni mucho menos, una actividad sucia y contaminante. Tanto los vertederos como las incineradoras están obligados a cumplir normas muy estrictas y, en la actualidad, la industria trata de obtener beneficios de los residuos en lugar de deshacerse de ellos.

1.3. CLASIFICACIÓN DE LOS RESIDUOS Establecer una clasificación de los residuos es complejo, aunque se puede realizar atendiendo a distintos factores: características físico-químicas, origen, peligrosidad, posibles tratamientos, flujos temáticos, etc. A su vez, dentro de cada clasificación pueden establecerse varias categorías, con lo que la complejidad aumenta. De esta forma, se pueden encontrar un gran número de modos de clasificar los residuos, como se puede ver en la Tabla 1.3.

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

Tabla 1.3. Diferentes formas de clasificación de los residuos.

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Clasificación de los residuos Según sus características físico-químicas

Sólidos, líquidos, lodos/fangos, pastosos, radiactivos, etc.

Según su origen

Sólidos urbanos (municipales), comerciales, industriales, agropecuarios, construcción y demolición, sanitarios (hospitalarios), mineros, etc.

Según su peligrosidad

Peligrosos, inertes, biocontaminados, no peligrosos, radiactivos, infecciosos, etc.

Según sus posibles tratamientos

Fermentables, reciclables, valorizables, inertizables, etc.

Según sus flujos temáticos

Aparatos eléctricos y electrónicos, vehículos al final de su vida útil, neumáticos, envases y embalajes, construcción y demolición, PVC, etc.

Desde el punto de vista ecológico, podemos hablar de dos tipos de residuos: biodegradables y no biodegradables. Se consideran biodegradables aquellos residuos que en condiciones de vertido pueden descomponerse de forma aeróbica o anaeróbica, tales como residuos de alimentos, de jardín, papel y cartón, entre otros. Y son considerados residuos no biodegradables aquellos que no pueden ser degradados naturalmente; o bien, si esto es posible, sufren una descomposición demasiado lenta. Este factor los hace más peligrosos que los anteriores, ya que su acumulación en la naturaleza es progresiva. Es necesario acabar con los productos de usar y tirar y alargar su vida útil. Para poder realizar una correcta gestión de los residuos es muy importante distinguir los distintos tipos que hay. No es igual el residuo industrial que el agrícola o que el doméstico, y también son totalmente diferentes los residuos gaseosos o líquidos que los sólidos, o los radiactivos y los que no lo son. Caracterizar bien los residuos es uno de los principales problemas a la hora de su tratamiento. 1.3.1. Lista Europea de Residuos La Lista Europea de Residuos (LER, Tabla 1.4) es una relación elaborada por la UE en la que se incluyen determinadas sustancias u objetos que necesariamente tienen la consideración de residuos.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Tabla 1.4. Lista Europea de Residuos (LER). Código 01 02 03 04 05 06 07 08

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09 10 11 12 13 14 15 16 17 18

19

20

Capítulos de la Lista Residuos de la prospección, extracción de minas y canteras y tratamientos físicos y químicos de minerales. Residuos de la agricultura, horticultura, acuicultura, silvicultura, caza y pesca, residuos de la preparación y elaboración de alimento. Residuos de la transformación de la madera y de la producción de tableros y muebles, pasta de papel, papel y cartón. Residuos de las industrias del cuero, de la piel y textil. Residuos del refino de petróleo, de la purificación del gas natural y del tratamiento pirolítico del carbón. Residuos de procesos químicos inorgánicos. Residuos de procesos químicos orgánicos. Residuos de la Fabricación, Formulación, Distribución y Utilización (FFDU) de revestimientos (pinturas, barnices y esmaltes vítreos), adhesivos, sellantes y tintas de impresión. Residuos de la industria fotográfica. Residuos de procesos térmicos. Residuos del tratamiento químico de superficie y del recubrimiento de metales y otros materiales; residuos de la hidrometalurgia no férrea. Residuos del moldeado y del tratamiento físico y mecánico de superficie de metales y plásticos. Residuos de aceites y de combustibles líquidos (excepto los aceites comestibles y los de los capítulos 05, 12 y 19). Residuos de disolventes, refrigerantes y propelentes orgánicos (excepto los de los capítulos 07 y 08). Residuos de envases, absorbentes, trapos de limpieza, materiales de filtración y ropas de protección no especificados en otra categoría. Residuos no especificados en otro capítulo de la lista. Residuos de la construcción y demolición (incluida la tierra excavada de zonas contaminadas). Residuos de servicios médicos o veterinarios o de investigación asociada (salvo los residuos de cocina y de restaurante no procedentes directamente de la prestación de cuidados sanitarios). Residuos de las instalaciones para el tratamiento de residuos, de las plantas externas de tratamiento de aguas residuales y de la preparación de agua para consumo humano y de agua para uso industrial. Residuos municipales (residuos domésticos y residuos asimilables procedentes de los comercios, industrias e instituciones) incluyendo las fracciones recogidas selectivamente.

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

A nivel nacional, se publica la LER en la Orden MMA/304/2002, de 8 de febrero, BOE 19/02/2003 (incluye la corrección de errores de BOE 12/03/02). Esta lista es revisada periódicamente a la luz de nuevos conocimientos y, en particular, de los resultados de la investigación. La proporción de cada tipo de residuos depende de la estructura económica de los países, pero en general, se observa que cuanto mayor es el grado de desarrollo, mayor es el número de residuos industriales y urbanos generados.

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Según datos del Ministerio del Medio Ambiente, de octubre de 2005, el total de residuos peligrosos generados en España fue de 5.241.530 t/año La distribución de estos residuos, según la taxonomía de la Lista Europea de Residuos, es:

(Fuente MMA, octubre 2005).

Figura 1.3. Porcentajes aproximados de la generación de RP en España distribuidos según la taxonomía de la LER.

Los diferentes tipos de residuos de la lista se clasifican mediante códigos de seis cifras, para los residuos, y de cuatro y dos cifras para los subcapitulos y capítulos, respectivamente. Debido a su extensión, no es posible reproducir en este tema la lista en su totalidad y sólo se muestra como ejemplo una parte del capítulo 07.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

07

RESIDUOS DE PROCESOS QUÍMICOS ORGÁNICOS

07 01

Residuos de la Fabricación, Formulación, Distribución y Utilización (FFDU) de productos químicos orgánicos de base.

07 01 01* Líquidos de limpieza y licores madre acuosos. 07 01 03* Disolventes, líquidos de limpieza y licores madre organohalogenados. 07 01 04* Otros disolventes líquidos de limpieza y licores madre orgánicos. 07 01 07* Residuos de reacción y de destilación halogenados. 07 01 08* Otros residuos de reacción y de destilación. 07 01 09* Tortas de filtración y absorbentes usados halogenados. 07 01 10* Otras tortas de filtración y absorbentes usados. 07 01 11* Lodos del tratamiento in situ de efluentes que contienen sustancias peligrosas.

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07 01 12

Lodos del tratamiento in situ de efluentes, distintos de los especificados en el código 07 01 11.

07 01 99

Residuos no especificados en otra categoría.

07 02

Residuos de la FFDU de plásticos, caucho sintético y fibras artificiales.

07 03

Residuos de la FFDU de tintes y pigmentos orgánicos (excepto los del subcapítulo 06 11).

07 04

Residuos de la FFDU de productos fitosanitarios orgánicos (excepto los de los códigos 02 01 08 y 02 01 09), de conservantes de la madera (excepto los del subcapítulo 03 02) y de otros biocidas.

07 05

Residuos de la FFDU de productos farmacéuticos.

07 06

Residuos de la FFDU de grasas, jabones, detergentes, desinfectantes y cosméticos.

07 07

Residuos de la FFDU de productos químicos resultantes de la química fina y productos químicos no especificados en otra categoría.

Los residuos con asterisco (*) se consideran residuos peligrosos según la directiva europea.

La Lista está dividida en 20 capítulos en función de la fuente que genera los residuos, y los pasos que se deben seguir para asignar el código LER a un residuo son los siguientes: • Es necesario identificar la fuente que genera el residuo entre los capítulos 01 a 12 o 17 a 20, y entonces buscar el código apropiado de seis cifras para el residuo, sin tener en cuenta los acabados en 99 de cada capítulo. (Nota: los residuos de envases recogidos selectivamente se clasificarán con el código 15 01, no con el 20 01). • Si en estos capítulos no se encuentra el residuo, se debe consultar los capítulos 13, 14 y 15 para localizarlo. • Si el residuo tampoco se encuentra entre esos códigos, hay que ir al capítulo 16. • Si finalmente tampoco se encuentra en el capítulo 16, deberá utilizar el código 99 en el primer capítulo que se miró.

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

1.3.2. Indicadores de riesgo Para el correcto envasado y etiquetado de sustancias peligrosas se utilizan los pictogramas o indicadores de riesgo que se recogen en la Tabla 1.5. Las características de peligrosidad de tóxico, muy tóxico, nocivo, corrosivo, etc., se asignan con criterios establecidos en la Normativa vigente.

Tabla1.5. Pictogramas de riesgos.

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Código H

Palabra de riesgo

Letra

Pict.

Código H

Palabra de riesgo

H1

Explosivo

E

H8

Corrosivo

H2

Comburente

O

H9

Infeccioso

H3a

Fácilmente inflamable

F+

H10

Tóxico para la reproducción

H3b

Inflamable

F

H11

Mutagénico

H4

Irritante

Xi

H12

Sustancias que emiten gases tóxicos

H5

Nocivo

Xn

H13 H6

H7

Tóxico

Carcinogénico

T

(1)

H14

Letra Pict.

C

T

(1) T

Sustancias o preparados susceptibles, después de su eliminación, de dar lugar a otra sustancia por un medio cualquiera, por ejemplo un lixiviado, que posea alguna de las características anteriores

(2)

Peligroso para el medio N ambiente

(1) En general, a los residuos que tienen este riesgo les es atribuible el riesgo de Tóxico, por tanto, procede asignar el pictograma de Tóxico. (2) El pictograma que le corresponde es aquel asociado a la(s) característica(s) de peligrosidad de la sustancia generada.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

1.4. ASPECTOS GENERALES DEL TRATAMIENTO DE RESIDUOS

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Gracias al avance tecnológico, fundamentalmente en los últimos años, cada vez se abren más y nuevas posibilidades para prolongar la vida útil de los materiales procedentes de los residuos. Es preciso establecer directrices para decidir o escoger la mejor opción de gestión posible para los diferentes residuos, y así surge el principio de jerarquía (aprobado en el Consejo de Ministros de la UE, celebrado el 27 de junio de 2006), que ya había sido adoptado por la ley española. Consiste en una secuencia ordenada en 5 niveles de modalidades de gestión, de mayor a menor calidad ecológica: prevención, reutilización, reciclaje, valorización energética y eliminación (Esquema 1.3). Puede haber excepciones, pero se tiene que demostrar que se obtiene un beneficio ecológico invirtiendo, en algún caso, la ordenación. Naturalmente, este principio sólo es aplicable cuando existe más de una opción de gestión posible.

Esquema 1.3. Principio de jerarquía en el tratamiento de residuos.

Hoy en día pocos son los que discuten la necesidad de aplicar este principio, aunque existen algunas divergencias acerca de los niveles de que debe constar y de su ordenación. Algunos Estados miembros de la UE proponen la equiparación entre el reciclaje y la valorización energética, y otros, no ven la prioridad de reutilización sobre el reciclaje y proponen fundir estos niveles. En la práctica, la implantación de medidas que permitan impulsar y aplicar este principio requiere la colaboración de todas las organizaciones y entidades sociales. En cuanto a las actividades de consumo, el impulso a la concienciación ciudadana es fundamental y una acción de gran importancia.

1.4.1. Prevención como prioridad El mejor residuo, el más deseable, es el que no se produce. Es necesario prevenir la generación de residuos tanto cuantitativamente (generar menos

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

cantidad) como cualitativamente (generar residuos menos tóxicos o más reciclables). Esta idea, en la actualidad admitida por todos, debe ser la base de cualquier política ambiental avanzada y es necesario introducir medidas de carácter económico, tecnológico, logístico, de concienciación ciudadana, de consumo y educativas, que requerirán cambios sustanciales en los modos habituales de producción y consumo. Es por lo tanto un proceso que requiere tiempo pero, a la vez, es necesario aplicar todas las políticas posibles para promover la prevención. Para cada clase de residuos, hay que analizar en detalle las diversas posibilidades de actuación para reducir su volumen, su toxicidad o aumentar su reciclabilidad, aplicando las mejores tecnologías disponibles. La prolongación de la vida útil de los productos es la primera estrategia para prevenir o reducir la generación de residuos; hay que evitar el consumo de productos de un solo uso y es preciso potenciar la producción y consumo de productos de larga duración y reparación garantizada, intentando utilizar materiales reciclables y renovables.

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1.4.2. Reutilización En la búsqueda del desarrollo sostenible, se hace cada vez más necesario valorizar las enormes cantidades de residuos que genera la actividad humana. La reutilización consiste en la utilización reiterada de un objeto o sustancia para el mismo uso inicial, con lo que se evita, o se hace innecesario, el consumo de nuevas materias primas a la vez que se reduce la generación de residuos; en algunos casos, la reutilización permite evitar que se conviertan en residuos objetos que adquirirían la condición de tales de no ser reutilizados, como, por ejemplo, los envases reutilizables; los aceites industriales usados, que pueden ser regenerados para volver a ser utilizados como aceites lubricantes; los disolventes, que pueden ser extraídos y purificados para volver a ser utilizados como disolventes; restos de podas, estiércol y residuos orgánicos urbanos para fabricar compost, etc. La reutilización es una opción muy deseable desde el punto de vista ambiental y presenta varios beneficios, algunos de los cuales son: • Es un instrumento eficaz para promover la prevención: si por ejemplo, un envase se reutiliza 20 veces, se están evitando 19 residuos de envases.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

• Se aprovechan al máximo los recursos contenidos en los materiales u objetos reutilizados, con lo que se ahorran materias primas y energía. • Desde un punto de vista económico, debería abaratar la fabricación de ciertos productos. Recientemente, se ha publicado la noticia de que científicos estadounidenses están desarrollando un tipo de plástico (bioplástico) que tras su uso cotidiano puede convertirse con suma facilidad en diésel, mediante la aplicación de una enzima natural que descompone el plástico para convertirlo en biocombustible. En la actualidad (abril, 2007), la técnica se encuentra en fase de desarrollo y las investigaciones están siendo financiadas por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Si al final fuera posible desarrollar esta novedosa técnica los efectos beneficiosos serían enormes. Se podría reutilizar la mayor parte de los envoltorios y envases de plástico que se utilizan a diario, para convertirlos en biocombustible para el coche.

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1.4.3. Valorización: Reciclaje y valorización energética Se ha llegado a decir que un residuo es, en realidad, una materia prima producida en un lugar inadecuado en un momento inoportuno. Es evidente que no es posible decir eso de todos lo residuos, pero lo que queda claro es que una gran mayoría de los residuos que se generan pueden ser utilizados, de un modo u otro, como fuente de alguna materia prima o de energía. En esto consiste la valorización: aprovechar los contenidos materiales o energéticos de los residuos para un fin útil. Las posibilidades y modalidades de valorización son muy distintas en función del tipo de residuo. No es lo mismo el estiércol que la escoria de un alto horno, pero ambos tienen en común el hecho de que es posible extraer de ellos algún beneficio ecológico o económico: la fabricación de compost, en el primer caso, y su empleo para ciertas obras, en el segundo. En los últimos años se están llevando a cabo muchos programas de investigación, experimentación e innovación para lograr encontrar más y nuevas utilidades de los residuos. Residuos que hace algunos años había que depositar inevitablemente en vertederos, pueden ser en la actualidad valorizados de varias formas. La legislación europea así como la normativa española obliga a valorizar determinados residuos como, por ejemplo, los vehí-

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

culos fuera de uso, las pilas y acumuladores, los residuos de aparatos eléctricos y electrónicos, etc. Es muy importante que los distintos sectores de la sociedad aprecien como un valor añadido de un producto que éste haya sido producido por valorización. Con ello se conseguirá una mayor demanda de estos materiales y habrá más interés en valorizarlo.

Reciclaje

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Consiste en el aprovechamiento de los materiales contenidos en los residuos para su posterior utilización en otros usos. En la actualidad, existe una amplia oferta de nuevas tecnologías de reciclaje que abren perspectivas y posibilidades insospechadas hasta ahora. La legislación cada vez más exigente, así como el interés económico del reciclaje, son factores que intensificarán la búsqueda de nuevos usos prácticos de los materiales reciclados. Por ejemplo, en el año 2002, se inauguró la planta de reciclado de la concha de mejillón que, con una capacidad para tratar 80.000 t/año, es suficiente para gestionar todos los residuos de este tipo generados en Galicia. Su objetivo es valorizar la concha de este molusco para poder utilizarla después como: pienso, corrector de pH de suelos, carga inorgánica en pinturas y plásticos, farmacología o cosméticos. Implantar una política a favor del reciclaje tiene importantes beneficios, ya que favorece la creación de nuevas empresas. En España, el desarrollo del sector del reciclaje ha creado ya varios miles de puestos de trabajo.

Valorización energética La valorización energética ocupa el cuarto nivel de la escala de jerarquía, lo que viene a decir, tal como afirma el PNIR, que sólo se deben valorizar energéticamente aquellos residuos que no se hayan podido evitar, que no hayan podido ser reutilizados y tampoco reciclados. En términos jurídicos, no se considera valorización energética la extracción de energía de un residuo si la finalidad principal del proceso es la de deshacerse del mismo, por lo que las incineradoras en las que se queman

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

residuos han de ser consideradas Plantas de eliminación de residuos, y esta tecnología debe equiparase al vertido en la jerarquía europea. Para que el aprovechamiento energético de un residuo pueda ser calificado como valorización energética en rigor, el poder calorífico del residuo, es decir, su contenido energético, debe ser alto y debe haber sido recuperado mediante un proceso de alta eficiencia energética.

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Para la valorización de residuos existen muchos sistemas de conversión energética y, en todos ellos, el objetivo consiste en romper las largas cadenas carbonadas. En función del agente responsable, los procesos principales se denominan: pirólisis, oxidación, hidrólisis o radiólisis. Las operaciones de valorización energéticas deben llevarse a cabo en instalaciones especializadas. Esta opción de gestión de los residuos tiene muchos detractores, ya que si no se toman las debidas precauciones pueden producir emisiones de sustancias que contaminan la atmósfera, el agua y el suelo y tener efectos nocivos para la salud de las personas. De hecho, las incineradoras de residuos se contemplan en el Plan Nacional del Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes (COP), como fuentes de compuestos químicos peligrosos como dioxinas, furanos, bifenilos policlorados (PCB), HexaCloroBenceno (HCB) e hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH).

Figura 1.4. Planta de eliminación de residuos (Incineradora).

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

1.4.4. Eliminación La eliminación es la opción menos ecológica y se debe aplicar cuando no existe otra posible. Cuando se habla de eliminación se entiende normalmente que se trata de vertido, como es el caso de los residuos peligrosos, que se depositan en depósitos de seguridad o vertederos. Sin embargo, existe una segunda modalidad de eliminación, la incineración sin recuperación de energía que se aplica a ciertos residuos peligrosos muy concretos, como son los residuos contagiosos, los de origen animal, etc. (Figura 1.4).

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Es necesario reducir al mínimo las cantidades destinadas a eliminación. Existe una normativa, sobre los procedimientos y criterios de admisión de residuos en vertedero, que establece, con carácter básico, las características que deben reunir los vertederos, así como los procedimientos y criterios para la admisión de los residuos. También hay instrumentos fiscales (impuestos y cánones al vertido) que ya se aplican en algunas Comunidades Autónomas, como Madrid, Cataluña, Murcia y Andalucía, así como las tasas de muchas entidades locales que repercuten sobre el ciudadano.

Figura 1.5. Vertedero de residuos industriales, inertes y no peligrosos (Zalla, Vizcaya).

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Las normas legales vigentes establecen tres tipos de vertederos, para residuos peligrosos, no peligrosos e inertes, con niveles de rigor, exigencias ecológicas y de seguridad diferentes. El problema más grave en materia de vertederos en España es el de los vertederos incontrolados, fruto de la herencia de muchos años de negligencia y abandono. Se está realizando un gran esfuerzo, técnico y económico, para la clausura, sellado y restauración ambiental de estos vertederos, pero aún queda mucho por hacer y acabar definitivamente con esta práctica debe ser una prioridad.

1.5. CONCIENCIA AMBIENTAL EN MATERIA DE RESIDUOS Es preciso aumentar en todas las administraciones, en los sectores económicos y sociales, y en la población en su conjunto, la conciencia ambiental en materia de residuos. El tema ambiental es complejo y difícil de transmitir pero hay que realizar un gran esfuerzo y para ello es necesario: • Insistir más en la prevención de la generación de residuos. Copyright © 2008. UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia. All rights reserved.

• Reducir las cantidades de residuos destinadas a eliminación. • Generar más y mejor información de calidad en materia de residuos. • Ampliar y mejorar las infraestructuras para un tratamiento adecuado de los residuos. • Incrementar los recursos económicos dedicados a la investigación y puesta en práctica de mejoras tecnológicas para la gestión de residuos. • Potenciar los sistemas de control, inspección y vigilancia. • Implicar al mundo académico. • Aumentar la recogida selectiva. • Fomentar el intercambio de productos usados (mercados de segunda mano). • Establecer instrumentos que penalicen el vertido de residuos valorizables. • Aplicar con rigor el principio de jerarquía. • Implantar el principio de responsabilidad del productor. • Ampliar y mejorar los programas de formación y concienciación ciudadana.

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

En España, para facilitar las tareas de reciclaje, de recogida selectiva y, en definitiva, de la gestión de los residuos, existen unas instalaciones llamadas puntos limpios, que son responsabilidad de los ayuntamientos, de las mancomunidades, de las diputaciones provinciales o de las Comunidades Autónomas. Su objetivo es reunir cualquier residuo doméstico que tenga carácter peligroso o que ocupe un volumen tan grande que impida ser depositado en un contenedor. La utilización de los puntos limpios es gratuita para los usuarios particulares, aunque son ellos los que tienen que encargarse del transporte, pero de esta forma se evitan los vertidos incontrolados y se aprovechan los materiales contenidos en los residuos. Los responsables de los puntos limpios contactan con un gestor autorizado que se encarga de llevarlos a una planta de tratamiento específico.

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Para una correcta eficacia de la recogida selectiva a través de los puntos limpios tiene que existir un número suficiente de instalaciones que permita que el sistema sea accesible, y deben realizarse campañas de información sobre las posibilidades y ventajas de este sistema. También se han creado los Sistemas Integrados de Gestión (SIG), que son entidades sin ánimo de lucro que se mantienen con las aportaciones de las empresas asociadas y que ofrecen respuestas eficaces a los problemas de los diferentes residuos. Algunos de ellos son: ECOEMBES (trata los envases domésticos, menos vidrio), ECOVIDRIO (trata envases domésticos de vidrio), SIGRE (para los medicamentos), SIGFITO (productos fitosanitarios), SIGRAUTO (para los vehículos fuera de uso), TRAGAMOVIL (para el sector de la telefonía móvil), etc.

Figura 1.6. Símbolos utilizados en los SIG.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

«Corresponde a quien genera un residuo, o pone en el mercado objetos que con el uso devienen residuos, asumir la responsabilidad de recogerlo y tratarlo adecuadamente». Principio de Responsabilidad del Productor (PNIR)

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A lo largo de los temas que componen este texto se tratarán los distintos tipos de residuos y las diferentes formas de gestionarlos.

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN 1. Explicar en que consiste el principio de jerarquía en la gestión de los residuos. 2. Buscar en la Lista Europea de Residuos los códigos siguientes e indicar a qué residuos corresponden y si se trata de residuos peligrosos o no peligrosos: 16 01 06

10 13 12*

19 02 08*

02 01 08

15 01 07

06 01 02

3. Asignar el código LER a los siguientes residuos: • Residuos de arena y arcillas obtenidos de una mina. • Lodos y residuos de perforaciones que contienen hidrocarburos.

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• Hidrocarburos que contienen ácidos procedentes de la industria del refino de petróleo. • Residuos de destilación halogenados, procedentes de una empresa farmacéutica. • Residuos que contienen plata y que provienen de una industria fotográfica. • Ladrillos de la construcción. 4. Describir los principales procesos de conversión energética utilizados en la valorización de los residuos. 5. Elaborar una lista de productos que pueden llevarse a los puntos limpios. Indicar como se podría conseguir una mayor utilización de estos sistemas de recogida selectiva.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN 1. La ley española de residuos, ha adoptado una jerarquía de cinco niveles, por este orden: prevención, reutilización, reciclaje, valorización energética y eliminación. Pueden existir determinados casos de gestión de residuos, donde haya que invertir el orden de la escala de prioridades (por ejemplo reciclaje frente a reutilización) pero se tiene que demostrar que se obtiene un beneficio ecológico al invertir la ordenación. 2. 16 01 06

Vehículos al final de su vida útil que no contengan líquidos ni otros componentes peligrosos.

10 13 12* Residuos sólidos del tratamiento de gases que contienen sustancias peligrosas. 19 02 08* Residuos combustibles líquidos que contienen sustancias peligrosas. Copyright © 2008. UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia. All rights reserved.

02 01 08* Residuos agroquímicos que contienen sustancias peligrosas. 15 01 07

Envases de vidrio.

06 01 02* Ácido clorhídrico. Los códigos que llevan un asterisco corresponden a residuos peligrosos. 3. Asignar el código LER a los siguientes residuos: • Residuos de arena y arcillas obtenidos de una mina (01 04 09). • Lodos y residuos de perforaciones que contienen hidrocarburos (01 05 05*). • Hidrocarburos que contienen ácidos procedentes de la industria del refino de petróleo (05 01 12*). • Residuos de destilación halogenados, procedentes de una empresa farmacéutica (07 05 07*). • Residuos que contienen plata y que provienen de una industria fotográfica (09 01 06*). • Ladrillos de la construcción (17 01 02).

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RESIDUOS: DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y TRATAMIENTO

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4. Existen muchos sistemas de conversión energética utilizados en la valorización de residuos. Los procesos utilizados se pueden reducir de una manera esquemática a cuatro. Oxidación: donde el calor generado excita los átomos hasta que estos se combinan con el oxígeno; las hay de media temperatura, baja temperatura, catalítica, etc. Pirólisis: puede considerarse un caso particular de la anterior, es un tratamiento térmico, en ausencia de aire, de un material para transformarlo en otros materiales de tratamiento más sencillo; se emplea por ejemplo en el tratamiento de neumáticos. Hidrólisis: donde el agente responsable de la ruptura de los enlaces es el agua. Radiólisis: se consigue mediante la energía procedente de la radiación. 5. Cada Comunidad Autónoma e incluso cada instalación hace una interpretación de los productos que pueden llevarse a un punto limpio; los productos más comunes son: pinturas, barnices, aguarrás, tintes, pilas y acumuladores, aceites de cocina, aceites de motor, baterías de vehículos, lámparas fluorescentes o especiales (halógenos), aerosoles, muebles y enseres, electrodomésticos, material electrónico (ordenadores, videocámaras, cintas de video o casete, CD, DVD, teléfonos, etc.), escombros y chatarras metálicas procedentes de pequeñas reformas domésticas, restos de poda o jardinería, cosméticos, productos de fotografía, radiografías, etc. Para conseguir una mayor eficacia de la recogida selectiva a través de los puntos limpios: • Hay que extender la implantación de las instalaciones por todo el territorio nacional, incluido el medio rural. • Se deben realizar campañas de información de las distintas posibilidades y enormes ventajas que tiene este sistema y deben existir teléfonos de información donde se resuelvan las dudas de los ciudadanos. • Es preciso conseguir que, el número de residuos que se puedan depositar sea el mayor posible.

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

2

Fuente de Neptuno, dios romano del agua (Madrid).

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SUMARIO 2.1. Normativa de las aguas residuales urbanas. Definiciones 2.2. Aguas residuales urbanas 2.3. Parámetros indicadores de la calidad del agua 2.3.1. Calidad de vertidos de aguas residuales urbanas tratadas 2.4. Tratamiento de las aguas residuales urbanas 2.4.1. Estación de depuración de aguas residuales, EDAR 2.4.2. Tratamientos de aguas residuales urbanas de bajo coste 2.5. Reutilización de aguas y lodos Ejercicios de autocomprobación

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Soluciones a los ejercicios de autocomprobación

OBJETIVOS 1. Definir los parámetros de calidad necesarios del efluente de aguas residuales urbanas. 2. Explicar cómo se depuran las aguas residuales urbanas y los mecanismos utilizados. 3. Describir el funcionamiento de una estación depuradora de aguas residuales, EDAR. 4. Evaluar las posibles aplicaciones de las aguas residuales urbanas una vez depuradas.

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2.1. NORMATIVA DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS. DEFINICIONES El Real Decreto-Ley 11/1995, de 28 de diciembre, desarrollado por el Real Decreto 509/1996, de 15 de marzo, establece las normas aplicables al tratamiento de las aguas residuales urbanas (BOE n.o 77, de 29-03-96). Según este Decreto Ley, se establece que se sometan los vertidos de las aguas residuales urbanas, previamente a su evacuación, a una serie de tratamientos en instalaciones adecuadas, para limitar sus efectos contaminantes, con el fin último de garantizar la protección del medio ambiente. Copyright © 2008. UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia. All rights reserved.

A los efectos de este Real Decreto-Ley se define como: • Aguas residuales urbanas: las aguas residuales domésticas o la mezcla de éstas con aguas residuales industriales o con aguas de escorrentía pluvial. • Aguas residuales domésticas: las aguas residuales procedentes de zonas de vivienda y de servicios, generadas principalmente por el metabolismo humano y las actividades domésticas. • Aguas residuales industriales: todas las aguas residuales vertidas desde locales utilizados para cualquier actividad comercial o industrial, que no sean aguas residuales domésticas ni aguas de escorrentía pluvial. • Tratamiento primario: el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante un proceso físico o físico-químico que incluya la sedimentación de sólidos en suspensión, u otros procesos en los que la DBO5 de las aguas residuales que entren, se reduzca, por lo menos, en un 20% antes del vertido, y el total de sólidos en suspensión en las aguas residuales de entrada se reduzca, por lo menos, en un 50%. • Tratamiento secundario: el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante un proceso que incluya un tratamiento biológico con sedimentación secundaria u otro proceso, en el que se respeten los requisitos que se establecerán reglamentariamente. • 1 h-e (habitante-equivalente): la carga orgánica biodegradable con una demanda bioquímica de oxígeno de cinco días (DBO5), de 60 gramos de oxígeno por día. • Fangos: los lodos residuales, tratados o no, procedentes de las instalaciones de tratamiento de aguas residuales urbanas.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

En el Real Decreto se advierte, así mismo, de la necesidad de tratamiento previo del vertido de las aguas residuales industriales: los vertidos de las aguas residuales industriales en los sistemas de alcantarillado, sistemas colectores o en las instalaciones de depuración de aguas residuales urbanas serán objeto del tratamiento previo que sea necesario. 2.2. AGUAS RESIDUALES URBANAS

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Las Aguas Residuales Urbanas (ARU), como se ha visto en el apartado anterior se definen como: las aguas residuales domésticas o la mezcla de éstas con aguas residuales industriales o con aguas de escorrentía pluvial, y también se les denomina aguas negras, aguas servidas o aguas cloacales. En todo caso, están constituidas por todas aquellas aguas que son conducidas por el alcantarillado, entre las que también se encuentran las de limpieza pública o baldeo de viales, las de riego y otros servicios. Entre las aguas residuales de uso doméstico se encuentran las aguas grises procedentes de la ducha, lavado de ropa y fregadero, y las aguas fecales procedentes de inodoros, habiéndose calculado que cada persona, en España, genera unos 200 litros diarios de estas aguas. Las aguas residuales urbanas tienen una composición muy variada. Las procedentes de uso doméstico contienen restos de la preparación de alimentos (aceites, desperdicios, etc.), productos de limpieza e higiene (jabones, geles, champús, detergentes, limpiadores, etc.) y restos fisiológicos (heces, orina, etc.), así como todo tipo de productos que puedan verterse por los desagües, además de una variedad de microorganismos. Las aguas vertidas al alcantarillado recogen sustancias muy variadas arrastradas con el agua de lluvia y de baldeo, como las emisiones procedentes de automóviles (hidrocarburos, plomo, otros metales, etc.), sales, ácidos, etc., y otros elementos sólidos. Si a ellas se agregan vertidos industriales la gama de sustancias se puede incrementar. Las aguas residuales urbanas están constituidas por un 99% de agua y un 1% de sólidos en suspensión y en solución. Estos sólidos pueden clasificarse en inorgánicos y orgánicos, siendo estos últimos mayoritarios: • Los sólidos inorgánicos están formados principalmente por nitratos, nitritos, fosfatos, cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y algunas

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

sustancias tóxicas como arsénico, cianuro, cadmio, cromo, cobre, mercurio, plomo y zinc, entre otras. • Los sólidos orgánicos se pueden clasificar en nitrogenados y no nitrogenados. Los primeros, es decir, los que contienen nitrógeno en su molécula, son proteínas, ureas, aminas y aminoácidos. Los no nitrogenados son principalmente celulosa, grasas y jabones.

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Las aguas residuales urbanas se caracterizan por su contaminación orgánica, disuelta o suspendida, cuyo contenido se mide por su Demanda Química de Oxígeno (DQO), y su Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), y constituyen un importante foco de contaminación al verterse a los sistemas acuáticos. La importancia de dicha contaminación es tal que estas aguas requieren sistemas de canalización para su recogida y un tratamiento, para rebajar la DQO y la DBO, antes de su evacuación. El control de esta contaminación mediante el tratamiento de dichas aguas constituye un aspecto fundamental desde el punto de vista ecológico, siendo necesarias técnicas de depuración antes de verterlas al medio como medida importante para la conservación de dichos sistemas. El tratamiento nulo o indebido genera graves problemas de contaminación, como se ha comprobado a través de la Historia. Cada año se incrementa el volumen de aguas negras, y aunque en las ciudades bien urbanizadas las aguas residuales son tratadas antes de liberarlas a las aguas ambientales, la mayoría de los vertidos que se hacen en el mundo no son tratados. Simplemente se descargan en el río, mar o lago más cercano, y se deja que los sistemas naturales, con mayor o menor eficacia y riesgo, degraden los desechos de forma natural. Las aguas residuales urbanas, para su tratamiento, se recogen habitualmente en un sistema colector y son enviadas mediante un emisario terrestre a una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR), y las industrias que realicen el vertido de sus aguas residuales a esta red colectora, habrán de acondicionar previamente sus aguas. Las aguas residuales procedentes de la industria (Tema 3) requieren tratamientos específicos dependiendo de su naturaleza, ya que, por ejemplo, pueden llevar incluidos biocidas (productos que destruyen organismos vivos) o tener un pH demasiado elevado, y después del tratamiento adecuado, si fuese necesario, pasan a veces a juntarse con las aguas negras de uso doméstico.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Figura 2.1. Vertido de aguas residuales sin depurar.

Las aguas residuales urbanas, una vez tratadas, se vierten a los acuíferos o se canalizan de nuevo para otros usos.

2.3. PARÁMETROS INDICADORES DE LA CALIDAD DEL AGUA Para estudiar la calidad de las aguas, es necesario analizar diferentes parámetros (Tabla 2.1) que pueden ser: de carácter físico-químico, como la temperatura, turbidez, características organolépticas (que se aprecian por los sentidos, como el olor, sabor, textura, etc.) y conductividad; de carácter químico, como la salinidad o dureza, el pH que mide su acidez, la alcalinidad, el oxígeno disuelto, y medidores de la materia orgánica (DBO5, DQO, etc.), y de materia inorgánica, como por ejemplo los metales; de carácter microbiológico que miden la presencia de bacterias, virus hongos o algas; los de carácter radiactivo, que aunque no se den siempre, van siendo cada vez más frecuentes. Según sea el destino de las aguas, se harán análisis totales o parciales para determinar los parámetros correspondientes, de acuerdo con la legislación vigente.

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

Tabla 2.1. Parámetros que miden la calidad de aguas y fangos. Físico-Químicos

Microbiológicos

Metales

• Temperatura

• pH

• Coliformes totales

• Hierro

• Color y olor

• Dureza

• Coliformes fecales

• Zinc

• Turbidez

• Alcalinidad

• Plomo

• Densidad

• Carbonatos y bicarbonatos

• Estreptococos fecales

• Humedad • Sólidos totales • Sólidos disueltos • Sólidos en suspensión (SS) • Sólidos totales en suspensión (SST) • Conductividad • Potencial de oxidaciónreducción Copyright © 2008. UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia. All rights reserved.

Químicos

• Oxígeno Disuelto (OD) • Demanda química de oxígeno (DQO) • Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)

• Cobalto

Escherichia coli

• Cadmio

Salmonella sp

• Cromo

• Clostridium sulfito-reductor

• Niquel • Plata ————————— • Radiactividad

• Carbono orgánico total (COT) • Demanda total de oxígeno (DTO) • Nitrógeno total Kjeldahl (NTK): N-NH+4 y N-orgánico • N-NO3–, N-NO2– • Nitrógeno total (NT) (suma de todos los anteriores) • Fósforo soluble y Fósforo total (PT)

Dado que los contaminantes de las aguas residuales urbanas son una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos, normalmente no es práctico ni posible obtener un análisis completo de la mayoría de ellas. A continuación, se describen los parámetros más utilizados para determinar la calidad de los vertidos de las aguas residuales urbanas.

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Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) La Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5), o simplemente DBO, es una medida cuantitativa del nivel de los desechos orgánicos biodegradables del agua que requieren oxígeno. La DBO5 se expresa casi siempre en partes por millón (ppm = 1mg/L) de oxígeno y se determina con una muestra homogeneizada, sin filtrar ni decantar, midiendo la reducción en un período de cinco días (DBO5), del oxígeno consumido por las bacterias que realizan la degradación biológica de la materia orgánica, en 1 litro de muestra de agua mantenida a 20 °C y a pH neutro. El agua con una alta DBO indica que posee gran contaminación orgánica. Cuanto más alto es el valor, peor calidad tiene el agua. Se considera contaminada cuando el valor es superior a 5 ppm. La DBO de un agua residual debe ser menor de 25 mg/L o ppm de O2; obviamente este valor indica que el agua está contaminada y no podrá utilizarse como agua potable, sin embargo es un mínimo requerido para los vertidos de aguas residuales, impuesto por la normativa vigente.

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Demanda Química de oxígeno (DQO) Muchos contaminantes se pueden oxidar en caliente con dicromato, – Cr2O72 , lo cual constituye un método analítico habitual para la determinación de materia orgánica biodegradable y no biodegradable en aguas residuales. Se define la Demanda Química de Oxígeno (DQO), como la cantidad – de O2 químicamente equivalente al Cr2O72 consumido en este proceso. Dicha equivalencia queda establecida a partir de las reacciones de correspondientes en medio ácido: Semireacción para el dicromato: –

Cr2O72 + 14 H+ + 6 e– → 2 Cr3+ + 7 H2O Semireacción para el oxígeno: O2 + 4 H+ + 4 e– → 2 H2O –

Como se puede observar, cada ion Cr2O72 consume 6 electrones al reducirse, mientras que cada molécula de oxígeno consume 4 electrones. Por con– siguiente, el consumo de 1 mol de Cr2O72 en la oxidación es equivalente al consumo de 1,5 moles de O2.

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

La medida se hace con una muestra homogeneizada, sin filtrar ni decantar y el resultado se expresa también en mg/L o ppm de O2, y representa la cantidad de oxígeno equivalente al oxidante químico utilizado en la determinación. La relación entre la DBO y la DQO da una idea de la naturaleza de los contaminantes orgánicos existentes en el agua. Por ejemplo: si DBO/DQO < 0,2 indica la presencia de contaminantes de naturaleza orgánica no biodegradable y si DBO/DQO > 0,6 indica la presencia de contaminantes orgánicos biodegradables. La DQO de las aguas residuales debe ser menor de 125 mg/L o ppm de O2.

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Carbono Orgánico Total (COT) La determinación del Carbono Orgánico Total (COT) puede ser una alternativa o un complemento para el análisis de la contaminación de las aguas o de la carga contaminante de vertidos. Presenta la ventaja de ser la expresión más adecuada del contenido de materia orgánica total de una muestra, puesto que es independiente del estado de oxidación de la materia orgánica y no mide otros compuestos que puedan contribuir al requerimiento de oxígeno (que miden tanto la DBO como la DQO). Consiste en medir la cantidad de dióxido de carbono producido por calcinación de una micro-muestra. Según que el agua haya sido filtrada previamente o no, se obtendrá el carbono disuelto o el carbono total. La determinación del COT es un análisis mas rápido y reproducible que los de DQO y DBO y está menos sujeto a interferencias, particularmente en presencia de materia nitrogenada. Se mide en mg/L o ppm de C.

Demanda Total de Oxígeno (DTO) La Demanda Total de Oxígeno (DTO), indica la cantidad de O2 requerido para la oxidación completa de los contaminantes de un vertido, tanto de las especies carbonadas, como de los compuestos de nitrógeno y de azufre con carácter reductor, como NH3 y H2S. También es sabido que en la determinación de DQO no se oxidan compuestos como piridina, benceno, etc. Por ello, se han desarrollado métodos analíticos para determinar la demanda

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total de oxígeno, y dichas técnicas son rápidas, precisas y con equipos que permiten una monitorización continua.

Sólidos en Suspensión (SS), y Sólidos en Suspensión Totales (SST) Los Sólidos en Suspensión (SS), o materias en suspensión, corresponden a las materias sólidas de tamaño superior a 1 micra, independientemente de que su naturaleza sea orgánica o inorgánica. Gran parte de estos sólidos son atraídos por la gravedad terrestre en periodos cortos de tiempo, por lo que son fácilmente separables del agua residual cuando ésta se mantiene en estanques que tengan elevado tiempo de retención.

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Los Sólidos Totales en Suspensión (SST), es un parámetro que mide la cantidad de sólidos que el agua conserva en suspensión después de 10 minutos de reposo. Se expresa en ppm y los valores permitidos en vertidos de aguas residuales están entre 35 y 60 ppm dependiendo del h-e (Tabla 2.2).

Oxígeno Disuelto (OD) El oxígeno es uno de los constituyentes más importantes de las aguas naturales. Los peces y otras especies acuáticas requieren oxígeno y son necesarios al menos 2 mg/L de oxígeno disuelto para mantener la vida de las especies superiores. Además, los microorganismos, en presencia de materia orgánica proveniente de aguas residuales y aguas de desechos domésticos, la atacan rápidamente, consumiendo oxígeno, con el fin de procesarla para construir nuevas células y sostener su vida, es decir, son capaces de emplearla como alimento cumpliendo su función de recolectores de basura en la naturaleza. Son ávidos principalmente de carbono, constituyente de la materia orgánica. Esta actividad de alimentación de los microorganismos la expresa la siguiente reacción: Materia orgánica + bacterias + O2 → CO2 + H2O + aumento de bacterias Como puede verse, el oxígeno disuelto presente es básico para sostener la vida de los microorganismos. El OD de las aguas residuales ha de ser superior a 5 mg/L de O2.

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Nitrógeno y fósforo Con la publicación de la Directiva de la Comunidad Europea 271/91 sobre depuración de aguas residuales urbanas, normativa muy estricta en el control del nitrógeno y fósforo, comenzó la necesidad de adecuar las concentraciones de nutrientes en los vertidos en los lugares sensibles a la eutrofización. En el agua residual que llega a la depuradora (influente), llegan mayoritariamente formas reducidas de nitrógeno en forma de ion amonio (NH4+), el más abundante, y de nitrógeno orgánico (N-orgánico), ambos forman el denominado Nitrógeno Total Kjedhal (NTK), así como, en forma de nitratos (NO3–) y nitritos (NO2–). La suma de todos ellos constituye el Nitrógeno Total (NT). El fósforo está presente, en su mayoría, en forma de fosfatos disueltos. La concentración de Fósforo Total (PT), en los vertidos en zonas sensibles ha de oscilar entre 1 y 2 mg/L, y la del nitrógeno entre 10 y 15 mg/L dependiendo del número de habitante-equivalente (h-e) (Tabla 2.3).

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2.3.1. Calidad de vertidos de aguas residuales urbanas tratadas Los vertidos procedentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas deben cumplir una serie de requisitos en su composición, definidos en el Real Decreto 509/96, que limita la concentración de algunos parámetros fundamentales, o bien fija el porcentaje de reducción exigible al proceso de tratamiento utilizado. Estos valores pueden verse en la Tabla 2.2. El nitrógeno y el fósforo presentes en las proteínas de las aguas residuales dan lugar a problemas especiales en los cauces receptores. La alta concentración de estos elementos en el agua crea condiciones especialmente favorables para el desarrollo de las plantas verdes. En la determinación de los tratamientos a que deberán ser sometidas las aguas residuales urbanas antes de su vertido, se tiene en cuenta si dichos vertidos se efectúan en zonas sensibles o zonas menos sensibles, lo cual determinará, a su vez, un tratamiento más o menos riguroso. Se considerará que un medio acuático es zona sensible si puede incluirse en uno de los siguientes grupos: 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. Los requisitos pueden verse en la Tabla 2.3.

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Tabla 2.2. Requisitos de los vertidos de aguas residuales (1)

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Parámetros

Concentración

Porcentaje mínimo de reducción (2)

Método de medida de referencia

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5 a 20 °C) (3)

25 mg/L O2

70-90

Muestra homogeneizada, sin filtrar ni decantar. Determinación del oxígeno disuelto antes y después de cinco días de incubación a 20 °C ± 1 °C, en completa oscuridad. Aplicación de un inhibidor de la nitrificación.

Demanda Química de Oxígeno (DQO)

125 mg/L O2

75

Muestra homogeneizada, sin filtrar ni decantar. Dicromato potásico.

Sólidos Totales en Suspensión (SST)

35 mg/L más de 10.000 h-e)

70 (más de 10.000 h-e)

Filtración de una muestra representativa a través de una membrana de filtración de 0,45 micras. Secado a 105 °C y pesaje.

60 mg/L (de 2.000 a 10.000 h-e)

90 (de 2.000 a 10.000 h-e)

Centrifugación de una muestra representativa (durante cinco minutos como mínimo, con una aceleración media de 2.800 a 3.200 rpm), secado a 105 °C y pesaje.

(1) Se aplicará el valor de concentración o el porcentaje de reducción. (2) Reducción relacionada con la carga del caudal de entrada. (3) Este parámetro puede sustituirse por otro: carbono orgánico total (COT), o demanda total de oxígeno (DTO), si puede establecerse una correlación entre DBO5 y el parámetro sustituto.

Tabla 2.3. Requisitos de los vertidos de aguas residuales urbanas en zonas sensibles (1). Porcentaje mínimo de reducción (2)

Método de medida de referencia

Parámetros

Concentración

Fósforo Total, PT

2 mg/L (de 10.000 a 100.000 h-e) 1 mg/L (más de 100.000 h-e)

80

Espectrofotometría de absorción molecular

Nitrógeno Total, NT(3)

15 mg/L (de 10.000 a 100.000 h-e) 10 mg/L (más de 100.000 h-e)

70-80

Espectrofotometría de absorción molecular

(1) Se aplicarán el valor de concentración o el porcentaje de reducción. (2) Reducción relacionada con la carga del caudal de entrada. (3) Nitrógeno total equivalente a la suma del nitrógeno Kjeldahl total (N-orgánico y amoniacal), nitrógeno en forma de nitrato y nitrógeno en forma de nitrito.

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También se debe conseguir que las aguas vertidas a los cauces públicos tengan suficiente oxígeno disuelto para la vida de los seres aerobios. En cualquier caso, nunca deben comprometer los usos que posteriormente pueda dársele al agua. Los vertidos de las pequeñas poblaciones, en contra de lo que podríamos pensar, representan riesgos más elevados de contaminar suelos y acuíferos que los de las grandes poblaciones. Esto se debe a que disponen de escasos medios para hacer frente a los costes de mantenimiento de sus EDAR.

2.4. TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS

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El tratamiento de purificación del agua puede llevarse a cabo, principalmente, con vistas a reciclar o desechar aguas residuales. El tipo y grado de tratamiento va a depender tanto de la procedencia como del uso que se le vaya a dar. Las aguas residuales urbanas tienen altos niveles de DBO y por tanto el tratamiento tiene como objetivo principal su reducción. Existen tres tratamientos potenciales de aguas residuales urbanas: primario, secundario y terciario. Este último prácticamente no se emplea en el tratamiento de estas aguas puesto que es muy costoso, e incluso en muchos casos el tratamiento secundario tampoco se lleva a efecto por el mismo motivo.

2.4.1. Estación de Depuración de Aguas Residuales, EDAR Las aguas residuales urbanas, contaminadas por los usos urbanos e industriales, son recogidas por las redes de alcantarillado y saneamiento y deben ser depuradas, como ya se ha dicho, en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales o EDAR. Estas instalaciones reproducen e intensifican de manera artificial y controlada, en poco terreno y breve tiempo, los mecanismos de autodepuración natural de un río. Así, el agua se devuelve al medio en las mejores condiciones posibles. Los objetivos de una EDAR son: • Eliminación de residuos, aceites, grasas, flotantes, arenas, etc., y evacuación al punto de destino final adecuado.

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Figura 2.2. EDAR de Arroyo culebro (Madrid).

• Eliminación de materias decantables orgánicas o inorgánicas. • Eliminación de la materia orgánica disuelta. • Eliminación de compuestos amoniacales y que contengan fósforo (en aquellas que viertan a zonas sensibles). • Transformación de los residuos retenidos en fangos estables y que éstos sean correctamente dispuestos. A continuación se puede ver el esquema general de una depuradora: Línea de agua 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Desbaste y tamizado. Desarenado y desengrasado. Tratamiento primario. Tratamiento secundario o biológico. Decantación secundaria. Tratamiento terciario.

Línea de fangos 7. Espesamiento, digestión y deshidratación

Esquema 2.1. Esquema de una estación depuradora de aguas residuales, EDAR.

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En el funcionamiento de una EDAR se suelen distinguir dos grandes líneas: • Línea de agua. Es el conjunto de los procesos (primarios, secundarios, etc.) que depuran el agua propiamente dicha. Comenzaría con el agua que entra a la depuradora y terminaría en el agua vertida al río o al mar. • Línea de fangos. Está formada por el conjunto de procesos a los que se somete a los fangos (lodos) que se han producido en la línea de agua. Estos lodos son degradados en un digestor anaeróbico (o en otra forma similar), para ser después incinerados, utilizados como abono, o depositados en un vertedero.

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Tratamiento en la línea de agua de un EDAR El proceso usual del tratamiento de aguas residuales domésticas puede dividirse en cuatro etapas: 1.a, pretratamiento; 2.a, tratamiento primario o físico; 3.a, tratamiento secundario o biológico; 4.a tratamiento terciario que normalmente implica una cloración si es que se utiliza (Esquema 2.2). • Pretratamiento. El pretratamiento se realiza mediante procesos físicos consistentes en hacer pasar las aguas residuales primero por una criba de barras (cribado, desbaste) para separar los objetos de gran tamaño. A veces, en esta etapa, hay trituradoras (molienda) (Figura 2.3). A continuación pasan a la zona de tratamiento en la cual se van sedimentando materiales pesados y arena (desarenado), pasando de nuevo a otro recinto de coagulación-floculación. Aquí, se le añaden productos químicos al agua para que la materia más pequeña en suspensión coagule y forme flóculos (coagulaciónfloculación) de mayor tamaño; gracias a esto se facilita el proceso de decantación posterior. Así, los sólidos suspendidos, tales como lodos, sedimentos, grasas y aceites quedan flotando en la parte superior en forma de espuma. El agua que queda entre el lodo y la espuma pasa al tratamiento primario. Los sólidos sedimentados son los que constituyen los fangos brutos y hay que estabilizarlos por digestión anaerobia o aerobia y secarlos para ubicarlos en lugares adecuados, al igual que los fangos que se obtienen después del tratamiento secundario.

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Esquema 2.2. Tratamiento de aguas residuales de una EDAR.

Figura 2.3. Zona de molienda.

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• El tratamiento primario tiene como objetivo principal rebajar la DBO. Este tratamiento hace sedimentar los materiales suspendidos mediante procedimientos físicos o físico-químicos. En algunos casos dejando, simplemente, las aguas residuales un tiempo en grandes tanques o, en el caso de los tratamientos primarios mejorados, añadiendo al agua contenida en estos grandes tanques sustancias químicas quelantes que hacen más rápida y eficaz la sedimentación. También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH y la eliminación de contaminantes volátiles como el amoníaco (desorción). Las operaciones que incluye son el desaceitado y desengrase, la sedimentación primaria, la filtración, neutralización y la desorción (stripping). • El tratamiento secundario tiene el mismo objetivo que el anterior, es decir, rebajar la DBO y también la DQO del agua residual, lo que se consigue mediante procesos biológicos. El tipo más común de tratamiento secundario es el de los lodos activados. Las aguas negras procedentes del tratamiento primario fluyen a un tanque de aireación donde se hace pasar aire y esto propicia un rápido cultivo de bacterias y otros microorganismos, los cuales descomponen los desechos orgánicos. Los sólidos suspendidos mezclados con las bacterias forman un lodo que se denomina lodo activado, que se retirará y estabilizará posteriormente. Otro método utiliza un filtro percolador, el cual consiste en hacer pasar el agua por un lecho de piedras donde entra en contacto con las bacterias que descomponen los contaminantes orgánicos. Las aguas procedentes de los tratamientos anteriores pasan a otro tanque en el que se depositan los lodos activados. La eliminación de estos lodos, junto con los que provienen del tratamiento precedente, constituye un proceso muy importante. El agua resultante del tratamiento secundario tiene una DBO de aproximadamente un 90% más bajo del que tenía antes de los tratamientos, y casi siempre se acostumbra a someter el agua de desecho a un tratamiento de cloración antes de liberarla al medio ambiente. Se consigue, además, la disminución de los microorganismos patógenos y fecales que están presentes en el agua residual. • El tratamiento terciario es el que se aplica a las aguas que han sido sometidas a los tratamientos primarios y secundarios, y tiene como objetivo el que el agua sea tan pura como sea posible antes de devolverla al medio

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ambiente. Por tanto, trata de eliminar contaminantes orgánicos, así como iones fosfato, nitrato y cualquier exceso de sales minerales. Cabe citar los siguientes: electrodiálisis, eliminación de nutrientes, adsorción de carbono, ósmosis inversa, intercambio iónico, oxidación-reducción, neutralización y precipitación, etc. El tratamiento terciario, aunque sí está en fase de experimentación, no se utiliza con frecuencia en depuración de aguas residuales, ya que son tratamientos excesivamente caros.

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Existen, además, métodos químicos para tratar las aguas de procedencia urbana, aunque presentan el inconveniente de que los subproductos originados, al contrario de los procedentes de la depuración biológica, no son inocuos. La materia orgánica de las aguas residuales es utilizada como nutriente por los seres vivos que colonizan el agua, por lo que su eliminación es barata; sin embargo, los productos químicos tienen elevado coste. Por ello, los procesos depurativos de tipo químico sólo son recomendables para grandes plantas de tratamiento y con personal especializado. • Tratamientos especiales: eliminación de N y P. En los casos en los que las aguas que salen de la EDAR se vierten a ecosistemas en peligro de eutrofización es importante eliminar los nutrientes (P y N) que estas aguas pueden llevar, para no aumentar la intensidad de ese proceso. Para eliminar fósforo se suelen pasar las aguas por un reactor anaerobio que facilita una mayor asimilación de ese elemento por las bacterias. Así se llega a eliminar entre el 60 y el 70% de fósforo. Si esto no es suficiente, se complementa con una precipitación química forzada por la adición de sulfato de aluminio o cloruro férrico. La eliminación de nitrógeno se hace en varias fases. En primer lugar, durante el tratamiento biológico habitual, la mayor parte de los compuestos orgánicos de nitrógeno se convierten en amoníaco (amonificación). A continuación, hay que conseguir que el amoníaco se convierta a nitrato (nitrificación) por la acción de bacterias nitrificantes (Nitrosomonas y Nitrobacter) que son aerobias. Este proceso de nitrificación necesita de reactores de mucho mayor volumen (unas cinco o seis veces mayor) que los necesarios para eliminar carbono orgánico. Las temperaturas bajas también dificultan el proceso (a 12 °C el volumen debe ser el doble que a 18 °C). A continuación se procura la eliminación de los nitratos en el proceso llamado desnitrificación. Para esto se usan bacterias en condiciones

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anaerobias que hacen reaccionar el nitrato con parte del carbono que contiene el agua que está siendo tratada. Como resultado de la reacción se forma CO2 y N2 que se desprenden a la atmósfera. Para llevar a cabo estos procesos hacen falta reactores de gran volumen, aireación de grandes masas de agua y recirculación de fangos que complican y encarecen todo el proceso de depuración.

Tratamiento en la línea de fangos de una EDAR De los procesos anteriores de depuración surgen unos lodos o fangos (materia orgánica decantada). Algunos se recirculan (parte de los de la decantación secundaria vuelven al tratamiento biológico) y otros han de eliminarse estabilizando previamente su contenido orgánico por digestión aerobia, anaerobia o química.

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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 materia orgánica, 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:

Esquema 2.3. Línea de lodos de una EDAR.

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Para su manejo se someten, en primer lugar, a un proceso de secado o espesamiento. Para ello, la mezcla de fangos, recogidos en las diferentes etapas, se purga de los decantadores y se bombea hasta unos espesadores con la intención de concentrarla, mezclarla y homogeneizarla, para poder tratarla posteriormente con más eficacia y a menor coste.

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A continuación, los fangos espesados son conducidos a un recinto para proceder a su estabilización, es decir, a su digestión y así eliminar su parte fermentable. Éste es un proceso que se puede realizar aprovechando la actividad biológica de los propios microorganismos presentes en los fangos o mediante la adición de compuestos químicos. Este proceso puede ser de tipo aerobio o anaerobio y a continuación se procede a la deshidratación. A partir de aquí, pueden entonces ser transportados al vertedero, utilizados en agricultura o incinerados. A veces, parte se reutiliza como fertilizante pero la mayor parte se deposita en tierra. Cuando el proceso de digestión de fangos se efectúa por vía anaerobia, como consecuencia de las reacciones bioquímicas del mismo, se produce un gas denominado gas biológico o biogás (Tema 3), que tiene un contenido de metano de alrededor del 65-70%. El biogás puede convertirse, reutilizándolo, en un valioso subproducto a través del cual se suministra una gran parte de la energía que la EDAR necesita para su funcionamiento (hasta un 60% del total de la energía empleada). En una planta depuradora también se generan, además de los lodos, otros residuos (arenas, grasas, objetos diversos separados en el pretratamiento y en el tratamiento primario) que deben ser eliminados adecuadamente. Se suelen llevar a vertederos o incineradoras para su valorización.

2.4.2. Tratamientos de aguas residuales urbanas de bajo coste La construcción de una EDAR es costosa y muchas poblaciones pequeñas no disponen de una cercana y ni de medios para su construcción y mantenimiento, y el coste de la depuración natural, no tecnológica, es mucho menor, existiendo una gran variedad de depuradoras biológicas de bajo coste, algunas de las cuales se describen a continuación.

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Depuración a través del suelo Se puede llevar a cabo una depuración natural del agua a través del suelo (Tema 6), que puede ser visto como un filtro natural de desechos. La mayoría de la materia orgánica es degradada en el suelo, y en principio éste constituye un excelente sistema de tratamiento tanto primario como secundario y terciario. El suelo tiene propiedades físicas, químicas y biológicas que permiten la destoxificación, la biodegradación, la descomposición química y la fijación física y química de las aguas residuales. Las aguas residuales portan muchos nutrientes, como fósforo, nitrógeno o potasio, así como trazas de elementos y vitaminas, que generalmente se utilizan en los fertilizantes. De hecho, en la antigua civilización china se utilizaban los desechos orgánicos humanos para incrementar la fertilidad del suelo, y es una práctica que se sigue utilizando en la actualidad.

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Fosas sépticas Las fosas sépticas son tanques prefabricados que permiten la sedimentación y la eliminación de flotantes, actuando también como digestores anaerobios, sin mezclado ni calentamiento. Por término medio, las aguas residuales se conservan en reposo durante un periodo de 1-3 días. A veces se acoplan a otros sistemas, como lechos bacterianos.

Lechos bacterianos El lecho bacteriano es un sistema de depuración biológica de las aguas residuales, en el que la oxidación se produce al hacer circular, a través de un medio poroso, aire y agua residual. Los lechos bacterianos son tanques circulares rellenos de piedras o materiales sintéticos que forman un filtro con un gran volumen de huecos, destinado a degradar biológicamente la materia orgánica del agua residual. En el lecho bacteriano se produce una película constituida por bacterias, hongos, algas verdes y protozoos, película que se desprende periódicamente y se vierte al exterior juntamente con el efluente. El agua se recoge en la parte inferior por un sistema de drenaje, que debe cumplir la doble misión de evacuar el agua residual y permitir el paso del aire. Una vez realizados estos procesos se vierte el efluente al terreno a través de zanjas o pozos filtrantes.

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Técnicas de lagunaje Una de las opciones más interesante es el lagunaje múltiple, siempre que se disponga de terrenos adecuados. Este sistema depurativo se ha propuesto frecuentemente para cubrir las necesidades de pequeñas poblaciones. El lagunaje múltiple consiste en el almacenamiento de aguas en lagunas construidas para este fin, con una profundidad y extensión superficial adecuados para cubrir las necesidades de depuración. Las aguas permanecen en los estanques durante un tiempo prolongado, hasta que se estabiliza la materia orgánica. Todos los componentes de las aguas a depurar sufren transformaciones de fermentación, putrefacción, oxidación, etc., y por fin son consumidos por los seres vivos que habitan las aguas, pasando a formar parte de la materia viva.

2.5. REUTILIZACIÓN DE AGUAS Y LODOS

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Reutilización del agua La reutilización del agua está siendo aplicada con más frecuencia debido a que cada vez es mayor la demanda que la provisión de la misma, y porque cada vez los procesos de tratamiento de aguas son mejores. El agua regenerada procedente de las estaciones depuradoras se aprovecha como recurso hídrico alternativo y se reutiliza para diferentes usos, como por ejemplo, irrigaciones de campos, tanto para cosechas como para que crezca la hierba; riego de zonas verdes, incluidos parques públicos y privados, áreas deportivas, llenado de láminas ornamentales de agua, baldeo de viales, etc. (Figura 2.4); en procesos industriales para refrigeración y también para recargar aguas subterráneas o acuíferos, donde el agua sufre procesos de adsorciones químicas y biodegradaciones, con lo cual se purifica y puede ser de nuevo utilizada. La reutilización del agua no se da con frecuencia para el agua potable. Se están extendiendo los sistemas para la reutilización de aguas grises (agua de ducha, etc.) que se están instalando en viviendas unifamiliares, comunidades pequeñas de vecinos, hoteles, instalaciones deportivas u otro tipo de actividades.

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

Figura 2.4. Riego de un campo de golf con agua depurada.

Reutilización y valorización de lodos de depuradora

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Los principales destinos posibles de los Lodos de Depuradora (LD), son: • La aplicación al suelo con fines de fertilización y reciclaje de los nutrientes y la materia orgánica. • La valorización energética, en todas sus variantes, incluida la biometanización. • El depósito en vertedero. De acuerdo con el artículo 1.1 de la Ley 10/98, de Residuos, éste es precisamente el orden de prioridad en que se debe decidir el destino final de los LD. Es pues en este mismo orden en el que se deben prever, en el presente plan, medidas para estimular su correcta gestión, y queda prohibido el vertido de fangos procedentes de las instalaciones de tratamiento de aguas residuales a las aguas marítimas En el Registro Nacional de Lodos de EDAR se estima que un 22% aproximadamente de los LD se depositan en vertedero, un 51% se destina a usos agrícolas y un 4% son incinerados. El uso del lodo en aplicación agrícola tiene riesgos de contaminación del medio ambiente, especialmente del suelo. Las dosis de aplicación deben fijarse en base a las características agronómicas, a la acumulación permitida de metales en los suelos y a las exigencias en nutrientes de los cultivos.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Por último recordar que:

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El agua es patrimonio de todos los ciudadanos y debe contribuir al desarrollo sostenible de todos y cada uno de los territorios del Planeta.

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN 1. El análisis de un agua residual depurada presenta los siguientes valores: DBO = 25 mg/L; DQO = 100 mg/L; SST = 30 mg/L; PT = 1 mg/L; NT = 25 mg/L ¿Para cuáles de los siguientes usos puede ser apta?: a) Agua de baldeo b) Verterla al mar c) Verterla a un lago poco profundo

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2. La concentración de oxígeno disuelto en una muestra de agua residual disminuye desde 8 × 10–3 g/L hasta 5,3 × 10–3 g/L después de ser incubada durante 5 días al someterla a un ensayo de determinación de DBO5. Calcular dicha DBO5 en mg/L y ppm de O2. 3. Un agua residual de la que se vierte un caudal medio de 1.200 m3/h, posee una concentración de sólidos en suspensión de 200 mg/L. Por exigencias legales la cantidad de sólidos en suspensión del agua tratada no debe ser superior a 35 mg/L. ¿Qué peso de lodos se recoge diariamente, originados al eliminar los sólidos en suspensión, si se retiran con una humedad del 40%? 4. Un agua residual tiene una DQO de 150 mg/L y se quiere rebajar hasta el límite de 125 mg/L mediante un proceso de aireación. Si el caudal de vertido es de 1.800 m3/h, y considerando que el aire tiene un 21% de oxígeno en volumen, calcular el volumen de aire que sería necesario inyectar a la hora. 5. ¿Es posible que un agua residual tenga la DQO mayor que la DBO?

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN 1. Los parámetros de DBO, DQO, SST y PT están dentro de los límites para cualquiera de los tres usos según la normativa vigente. Sin embargo, el parámetro de nitrógeno total es alto para vertidos a zonas sensibles como es un lago poco profundo que puede sufrir eutrofización. Por lo tanto, el agua servirá para baldeo de calles y se podrá verter al mar, pero no podrá ser vertida a un lago. 2. La DBO5 es la diferencia entre la concentración de oxígeno inicial y final del agua al cabo de este periodo de incubación:

(8 × 10 −3 − 5, 3 × 10 −3 ) g O2 10 3 mg O2 × = 2, 7 mg O2 /L agua L agua 1 g O2

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DBO = 2,7 mg de O2/L o 2,7 ppm 3. El peso de lodos vendrá determinada por la diferencia entre el peso de los sólidos en suspensión iniciales y el peso de los residuales después de la eliminación. 200 mg/L – 35 mg/L = 165 mg/L Teniendo en cuenta el caudal y la humedad de los lodos:

mg de Lodos/día = ×

1.200 m 3 agua 24 h 103 L agua × × × 1 día 1 m3 agua h

165 mg de sólidos 100 mg sólidos húmedos × = 1 L agua 60 mg sólidos a eliminar

= 7, 92 × 106 mg/día = 7, 92 t lodos (40% de humedad)/día 4. El volumen de oxígeno que se precisa es el siguiente: DQO(inicial) – DQO(final) = 150 mg/L – 125 mg/L = = 25 mg de O2/L = 2,5 × 10–2 g de O2/L 1800 m3/h = 1800 × 103 L/h Suponiendo que el aire está en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 0 °C):

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

m 3 aire/h = ×

2,5 × 10 −2 g de O2 1 mol de O2 22, 4 L O2 × × × 1 L de agua 32 g O2 1 mol O2

100 L aire × 1.800 × 103 L agua/h =150.000 L de aire/h = 21 L O2 =150 m3 aire/h

5. Generalmente el valor de la DQO es mayor que el de la DBO, o como mínimo igual, pudiendo llegar, en algunos casos, hasta más de 5 veces el valor de la DBO correspondiente.

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La DBO es un parámetro que está relacionado con la cantidad de residuos biodegradables presentes en la muestra, mientras que la DQO se define como la cantidad total de oxígeno requerida para la oxidación química de los compuestos oxidables presentes en una muestra acuosa. Por tanto, usualmente su valor es superior a la DBO, ya que muchas de las sustancias presentes no pueden ser degradadas mediante un tratamiento biológico, pero sí con un agente químico oxidante (se suele utilizar el dicromato potásico).

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

3

Río contaminado por aguas residuales de una industria.

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SUMARIO 3.1. Aguas residuales industriales 3.2. Contaminación de las aguas residuales industriales 3.3. Tratamiento conjunto de aguas residuales urbanas e industriales 3.4. Tipos de tratamiento de las aguas residuales industriales 3.5. Pretratamiento 3.6. Tratamiento primario 3.6.1. Decantación o sedimentación primaria 3.6.2. Neutralización 3.6.3. Coagulación-floculación 3.7. Tratamiento secundario 3.7.1. Tratamiento aeróbico 3.7.2. Tratamiento anaeróbico 3.7.3. Ventajas e inconvenientes de los tratamientos aeróbico y anaeróbico 3.8. Tratamiento terciario

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3.9. Tratamiento de lodos 3.9.1. Concentración o espesamiento 3.9.2. Estabilización 3.9.3. Acondicionamiento 3.10. Conclusiones Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación

OBJETIVOS 1. Reconocer la necesidad de depurar las aguas residuales de la industria. 2. Distinguir entre los diferentes tipos de tratamientos en función de su naturaleza y de su secuencia. 3. Explicar los fundamentos científicos de las operaciones más importantes de los distintos tratamientos. 4. Diferenciar los tipos de contaminantes eliminados mediante las operaciones fundamentales de depuración. 5. Analizar las etapas del tratamiento de lodos y las posibles aplicaciones de éstos.

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3.1. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES Además del empleo del agua en usos domésticos, como se acaba de estudiar en el tema anterior, el ser humano la emplea en otras muchas actividades, tales como la agrícola, forestal, minera o industrial. Todas ellas contaminan el agua, pero la que más lo hace es la industria en sus muy variados tipos. Los residuos líquidos industriales, más comúnmente llamados aguas residuales industriales, se definen según la directiva europea 91/271 CEE como «todas las aguas residuales vertidas desde locales utilizados para efectuar cualquier actividad comercial o industrial, que no sean aguas residuales domésticas ni aguas de escorrentía pluvial». Consistirían, por lo tanto, en una mezcla de residuos líquidos y sólidos suspendidos o disueltos, originados en las distintas etapas de un proceso productivo. Prácticamente todos los tipos de industrias utilizan el agua, aunque lo hagan en un grado diferente y con distintos objetivos. Como resultado de todos estos usos, se produce una elevada alteración en el agua empleada debido al gran número y variedad de contaminantes que afectan gravemente a su calidad. Desde los que son casi inocuos a los fuertemente tóxicos. Pese a ello, y aunque la preocupación por la depuración de las aguas residuales domésticas data de mediados del siglo XIX, no fue así con las de origen industrial. Incluso se pensaba que los ácidos, que frecuentemente contenían, serían beneficiosos porque mataban los microbios de los ríos en los que se vertían esas aguas residuales. Hubo que esperar hasta poco después de la Segunda Guerra Mundial para que se comenzaran a instalar plantas depuradoras de las aguas residuales procedentes de la industria. El estudio de los tratamientos de depuración de estas aguas, de sus tipos y modalidades, será lo que se abordará en este tema.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

3.2. CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

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El mayor volumen de utilización del agua en la industria corresponde a procesos de enfriamiento (aproximadamente dos tercios del agua residual total generada en la industria tienen ese origen). Además de este empleo en refrigeración, así como en alimentación de calderas, el agua se utiliza mucho en la industria en gran número de etapas del proceso productivo. Según a qué se destine el agua, así será el tipo y grado del tratamiento que se le dé previamente a su aplicación. Éste sería un problema a tener en cuenta, pero en el caso de la industria el tratamiento posterior a su uso se convierte frecuentemente en un problema aún mayor, debido al aumento de demanda del agua, a la creciente escasez de los recursos hídricos y, sobre todo, a la elevada contaminación de las aguas residuales. Ante todo es necesario minimizar el efecto ambiental, para lo cual los vertidos de las aguas industriales, una vez recogidos, han de tratarse teniendo como objetivo prioritario el de prevenir y reducir al máximo la contaminación del medio. El logro de este objetivo supone, asimismo, considerar todos los efectos posibles que puedan tener esos residuos sobre el medio en su conjunto y aplicar la política de protección ambiental correspondiente. A tal fin, tanto la Unión Europea como los distintos organismos nacionales, autonómicos y municipales han elaborado una serie de normativas y recomendaciones. Por ello, toda industria tiene, pues, la obligación de depurar sus residuos líquidos antes de ser vertidos (Figura 3.1). De esta manera, tras su tratamiento quedarían aceptables bien para su vertido en la cuenca hidrográfica o bien para volver a ser utilizadas. Los procesos industriales son variadísimos, por lo que es imposible establecer una generalización sobre la naturaleza y cantidad de los distintos contaminantes de las Aguas Residuales Industriales (ARI). La composición de las aguas depende básicamente de las características de cada industria, pero además, dentro de una misma industria, los efluentes de las diferentes etapas productivas varían de unos a otros. Sin embargo, como rasgo común hay que destacar que todos, en mayor o menor grado, contienen productos contaminantes que en definitiva son perjudiciales para las especies vivas. Como ejemplo de esto, en la Tabla 3.1. se han recogido los efectos de algunos de esos productos contaminantes contenidos en las ARI.

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

Figura 3.1. Lo que nunca debe hacerse con las aguas residuales. Tabla 3.1. Efectos contaminantes de algunos productos contenidos en las aguas residuales industriales.

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Tipos de Contaminantes

Efectos

Orgánicos Detergentes Grasas y aceites Hidrocarburos Fenoles Pesticidas

Espumas en el agua (impiden la aireación) Toxicidad para la vida acuática » » Toxicidad para los seres humanos

Metales pesados Ag, Cr(VI), Cu, B Fe, Mn, Mo, Pb, Ni Sb, Se, Sn, Zn As, Hg, Cd, Tl

Toxicidad general » » Toxicidad muy alta y general

Otros Nitratos y fosfatos Sulfatos Sulfuros Cianuros

Producción de eutrofización * Corrosión del cemento Olores desagradables Toxicidad general

* La eutrofización es un fenómeno producido por el exceso de nutrientes en las aguas, que conduce a la proliferación en las mismas de organismos vegetales. Esta enorme biomasa consume gran cantidad del oxígeno disuelto en el agua, con lo cual los peces carecen de él y mueren. Afecta, pues, a los ecosistemas y además se producen muy malos olores, por lo que constituye un grave problema para la naturaleza.

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El tratamiento de aguas residuales de la industria, como el de todo desecho, implica la realización de los correspondientes estudios de impacto ambiental, así como tener en cuenta los costes de la depuración y la compatibilización de la protección del medioambiente con el desarrollo económico y social de la zona geográfica donde se encuentre. En ese estudio han de tenerse en cuenta una serie de características, como son entre otras la DBO (Tema 2), los sólidos en suspensión totales (SST), la composición en nutrientes y los componentes tóxicos. Al contrario que las aguas residuales urbanas, las ARI son muy diferentes unas de otras, dependiendo de la industria de donde provengan, por lo que para determinar cuál es el tratamiento más adecuado para conseguir su depuración, es necesario realizar un estudio previo, de tipo experimental, llevando a cabo en un laboratorio el análisis de una serie de variables sobre su composición. El tratamiento de los efluentes líquidos industriales puede hacerse de dos formas:

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• Conjuntamente con las aguas residuales urbanas en una EDAR (Tema 2). • Independientemente, en una Estación Depuradora de Aguas Residuales Industriales, EDARI.

3.3. TRATAMIENTO CONJUNTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS E INDUSTRIALES Las aguas residuales industriales se diferencian fundamentalmente de las urbanas (Tema 2) en que éstas últimas son muy ricas en contaminantes biodegradables, mientras que en las ARI generalmente predominan materiales inorgánicos y orgánicos no biodegradables. Sin embargo, hay muchas industrias (papelera, cervecera, alimentaria, pesquera, etc.) que también producen contaminantes biodegradables en alto grado. Ante todo, hay que tener en cuenta la ubicación de la industria que se considere, ya que si está situada dentro de un centro de población, sus aguas residuales suelen verterse a la red general urbana y son tratadas conjuntamente con las aguas de origen doméstico en las plantas para aguas residuales urbanas. Incluso puede llegar el momento, cuando los vertidos acuosos industriales poseen unas características muy diferentes a las de las aguas

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domésticas, en que deban ser sometidas a un pretratamiento antes de su vertido a éstas últimas. No obstante, la industria ha de pagar un canon de vertido establecido por la Ley de Aguas, cuyo importe depende de su carga contaminante, la cual se mide en unidades de contaminación. Una unidad de contaminación representa el valor medio diario de carga contaminante que un habitante emite en un vertido, teniendo en cuenta todos los usos urbanos del agua. Este valor corresponde a 90 g de sólidos en suspensión (SS) o a 60 g de materias orgánicas biodegradables (DBO) y se expresa como habitante equivalente (h-e):

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Unidad de contaminación (1 habitante equivalente, h-e) = carga contaminante por habitante/día de 90 g de sólidos en suspensión o de 60 g de materias biodegradables (DBO) Para industrias en cuyos vertidos hay gran cantidad de contaminantes orgánicos se utiliza la equivalencia en DBO y para el resto, en SS. De esta manera, se puede comparar la contaminación debida a las aguas residuales industriales con la de las urbanas. Por ejemplo, se determinó en Estados Unidos que la contaminación causada en 1980 por las industrias de elaboración de papel equivalió, en DBO, a 216 millones de habitantes.

3.4. TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES: SUS TIPOS Evidentemente el caso anterior no es el más general, siendo lo más común que la depuración de las ARI se haga en plantas depuradoras industriales. En ellas se someten las aguas residuales a una serie de procesos, que, en función de su naturaleza, se clasifican en procesos físicos, químicos y biológicos. Los dos primeros, normalmente, exigen instalaciones de coste no elevado, aunque es mayor la inversión en reactivos. Por su parte, los tratamientos biológicos tienen o bien altos costes de tipo energético (procesos aeróbicos) o bien altos costes de inversión inicial (procesos anaeróbicos). Hay otro criterio de clasificación para el tratamiento de las ARI, similar a los de las ARU (ya estudiados en el tema anterior), basado en el orden de su administración. Se refiere a una serie de procedimientos llevados a cabo en diversas etapas que, en conjunto, constan de un pretratamiento y de tres tra-

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tamientos secuenciales, primario, secundario y terciario (aunque a veces el pretratamiento se engloba dentro del tratamiento primario). En síntesis, tienen los objetivos siguientes: • Pretratamiento (físico y/o químico): para eliminar los materiales gruesos y grasas y, en general, para desbastar las aguas. • Tratamiento primario (físico y/o químico): para eliminar el resto de material flotante y sólidos en suspensión, así como coloides, ácidos y bases fuertes, metales pesados, grasas y aceites. • Tratamiento secundario (biológico): para eliminar la materia biodegradable.

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• Tratamiento terciario o avanzado (físico y/o químico y/o biológico): para eliminar determinados contaminantes que pudieran aun persistir en las aguas, tales como sales disueltas y microcontaminantes. Cada tratamiento implica a su vez una serie de operaciones de distinta naturaleza, según se ha indicado. Con todo esto, se alcanzará el tratamiento integral de las ARI, aunque no siempre sea necesario llevar a cabo todos las operaciones de cada tratamiento ni tampoco la secuencia completa, dependiendo del proceso industrial concreto, del tipo de contaminantes que contengan y de las exigencias legales para vertidos. Muchos de estos procesos ya han sido estudiados con ocasión de las aguas residuales urbanas (Tema 2). No obstante, a continuación se analizarán más detalladamente en su aplicación concreta a las ARI.

3.5. PRETRATAMIENTO Tanto los cuerpos sólidos gruesos y finos como las materias grasas, pueden interferir en los tratamientos principales de las aguas residuales, por lo que hay que eliminarlos previamente. El fin del pretratamiento es, precisamente, el desbaste de las aguas, eliminando su contenido en materiales gruesos y sedimentables. Consiste básicamente en operaciones de tipo mecánico o físico, bastante rudimentarias en general (aunque, como en otros casos, no sea siempre necesario llevar a cabo todas ellas). Estas operaciones son:

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Dilaceración Trituración de los sólidos muy gruesos, para conseguir un material de sólidos de tamaño más o menos uniforme y evitar posibles problemas en las rejillas (utilizadas en la operación siguiente). Cribado Se debe aplicar cuando el residuo líquido arrastra materiales muy voluminosos, llevándose a cabo mediante rejillas o mallas. Al principio de esta operación se colocan rejillas gruesas (cuya «luz» o separación entre barras es de 5-15 cm) y después se disponen las finas (separación de 1,5-5 cm).

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Tamizado Se lleva a cabo para retener los materiales sólidos aún presentes, de volumen superior a 1 mm de diámetro, por lo que se emplean tamices de 1 mm de separación entre sus barras. Estos tamices pueden ser estáticos o rotatorios. Desarenado En este proceso se separan gravas, arenas y arenillas (éstas engloban la grava fina y el limo). De esta manera se evita su sedimentación en los canales de tratamiento posteriores, con el consiguiente deterioro de los equipos. Esta operación se lleva a cabo con desarenadores de distintos tipos, aunque los más empleados en las ARI son los longitudinales. Consisten en un canal de poca profundidad con una velocidad de flujo horizontal de magnitud tal que consiga arrastrar la mayoría de las partículas orgánicas, pero que permita sedimentar las arenas, más pesadas. Desengrasado Se separan aceites, grasas y, en general, sustancias menos densas que el agua. El procedimiento es muy ingenioso: consiste en la flotación mediante aire disuelto, inyectado a presión, lo que produce microburbujas. A éstas se fijan las partículas grasas, y con ello se originan unos agregados de material

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graso-microburbuja menos densos que la grasa original, por lo que suben a la superficie, pudiéndose ya retirar desde allí. Hay casos en los que las partículas de grasas y aceites flotan de forma natural, y se separan directamente por flotación mediante equipos adecuados. Por otra parte, cuando se forman en las aguas emulsiones de aceites, hay que romperlas adicionando ácidos o álcalis. Después se separan las dos fases formadas bien por flotación o por centrifugación. A veces es conveniente realizar las operaciones de desarenado y desengrase de forma conjunta.

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Homogeneización de efluentes Se mezclan y homogeneizan los diversos efluentes originados en las distintas etapas del proceso productivo de la industria en la que se trabaja. Se consigue con ello una regulación del caudal de las aguas residuales, así como de la carga de sólidos en suspensión y de DQO. Se lleva a cabo en tanques de homogeneización que suelen estar sometidos a agitación. Es una operación importante, especialmente cuando a la estación depuradora llegan efluentes de muy distintas características.

3.6. TRATAMIENTO PRIMARIO Es el conjunto de procesos encaminados a eliminar sólidos suspendidos en el agua que por ser más finos no han podido ser eliminados durante el pretratamiento. Comprende operaciones de tipo físico y químico: decantación, neutralización y coagulación-floculación.

3.6.1. Decantación o sedimentación primaria Tras el pretratamiento siguen existiendo sólidos en suspensión susceptibles de sedimentación. Para lograrlo, se conduce el agua residual a un tanque de sedimentación (decantador), a una velocidad de paso reducida y se mantiene allí por un periodo de varias horas. Transcurrido este tiempo, en la parte inferior del decantador se deposita alrededor de un 65% de los sólidos suspendidos en forma de lodos o fangos (lodos primarios).

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3.6.2. Neutralización Es necesario ajustar el pH de las ARI y neutralizarlas en los siguientes casos: • En vertidos ácidos o básicos: se han de neutralizar hasta el pH adecuado a los tratamientos posteriores que se les vaya a dar. Así, antes del tratamiento biológico (o secundario), se ha de ajustar el pH entre 6,5-8,5 (para conseguir una actividad biológica óptima).

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• Antes de descargar al medio receptor el efluente final del proceso de depuración global: ha de ajustarse el pH entre 5,5-9. • En la precipitación de metales pesados: ya que este proceso depende del pH, además de otros factores (producto de solubilidad de la sal metálica, concentración del metal, concentración del agente precipitante y presencia de agentes complejantes, como son los iones amonio o cianuro, principalmente), existiendo un pH óptimo de precipitación. Por ejemplo, los metales pesados se suelen precipitar como hidróxidos y el pH se ajusta con cal (CaO) hasta llegar a ese valor óptimo, según el caso (se sitúa entre 6 y 11, dependiendo del metal). La neutralización se efectúa en un tanque de neutralización y después las aguas residuales pasan a un decantador o clarificador, en el que se deja que los hidróxidos insolubles sedimenten. 3.6.3. Coagulación-floculación Una vez eliminados gran parte de los sólidos suspendidos, quedan en las aguas otros sólidos en forma de materia coloidal que no sedimentan directamente. Los coloides están constituidos por unas partículas, o micelas, dispersas en una fase líquida (agua en este caso), cuyo tamaño oscila entre 10–1 y 10–3 µm (1µm = 10–6 m, también conocido simplemente como micra, µ). La estabilidad de un coloide, es decir, el que sus partículas permanezcan dispersas, se debe precisamente al pequeñísimo tamaño de las micelas, con lo que la relación superficie / volumen es grande y los fenómenos superficiales —entre ellos, la adsorción— son importantes. Por esta razón, las partículas coloidales adsorben iones, teniendo así una carga electrostática superficial, generalmente negativa. Además, ocurre también un fenómeno de solvata-

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ción, mediante el cual cada micela cargada se rodea de moléculas del disolvente, agua en este caso, que son realmente pequeños dipolos. Debido a la carga eléctrica del mismo signo de las micelas, existe una gran repulsión entre ellas, lo que impide su aglomeración y que precipiten, a lo cual colabora también la capa de solvatación (Figura 3.2). Si se anulara esa carga eléctrica, las micelas se aglomerarían y la mayor densidad de esos aglomerados haría que sedimentaran. Se dice entonces que el coloide coagula. La coagulación se logra añadiendo a las aguas un producto que neutralice la carga eléctrica de las micelas (coagulante). Se trata de electrolitos, dando mejor rendimiento las sales de cationes polivalentes (a mayor carga del catión, mayor efectividad como coagulante). Por ello se suelen emplear sales de Al3+ y Fe3+, como son sulfato de aluminio, cloruro de aluminio o policloruro de aluminio (polímero inorgánico de aluminio) y cloruro de hierro (III) o sulfato de hierro (III). Además, hay otro mecanismo de coagulación. Consiste en la adición de determinados compuestos que dan lugar a que se forme un precipitado. Arrastran así al coloide, que queda adsorbido en ese precipitado (coagulación por barrido). Por ejemplo, algunas sales coagulantes producen hidróxidos insolubles Al(OH)3 o Fe(OH)3, que precipitan y atrapan a las micelas. Es necesario controlar la dosis del coagulante que se añade y sobre todo el pH. Éste último es un parámetro clave en el proceso, existiendo para cada agente coagulante un intervalo de pH óptimo (como se trató en el apartado anterior), que corresponde a la zona de solubilidad más baja del hidróxido del ion metálico correspondiente. En cuanto a la floculación, consiste en la formación de agregados aun mayores que los originados en la coagulación. Es decir, las partículas coloidales ya desestabilizadas se agrupan, dando partículas de mayor tamaño (flóculos), con lo cual se favorece aun más la sedimentación.

Figura 3.2. Proceso de coagulación de micelas contaminantes.

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

Como agentes floculantes se utilizan polielectrolitos orgánicos sintéticos, que son polímeros de elevado peso molecular y solubles en agua, con cargas eléctricas y/o grupos ionizables. Pueden ser de tipo iónico (aniónico o catiónico) o también de tipo no iónico. A veces se emplean copolímeros, resultantes de la polimerización conjunta de dos monómeros diferentes, como es el caso de estireno-ácido maleico. No obstante, existen también floculantes naturales, como almidón, colas, taninos, gelatinas, gomas, etc. Al añadir estos polímeros, las partículas micelares se adsorben en su superficie, favoreciéndose así el contacto entre ellas, con lo que tiene lugar la unión intermicelar. Los polímeros actúan como puente entre las partículas, permitiendo que se unan en agrupaciones superiores. Una vez formados los flóculos, deben dejarse reposar durante cierto tiempo en el depósito, a fin de favorecer su posterior sedimentación o decantación. Una vez sedimentados, dan lugar a lodos, también clasificados como lodos primarios.

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3.7. TRATAMIENTO SECUNDARIO En el tratamiento secundario, de tipo biológico, se utilizan microorganismos (bacterias) que se alimentan con la materia orgánica contaminante (la cual se encuentra disuelta o en forma coloidal), por lo que ésta se convierte en las propias células de dichos microorganismos y se transforma en otros productos más simples; es decir, se degrada. De ahí el término de biodegradable. Se lleva a cabo en reactores biológicos, en los que se crean y mantienen unas condiciones adecuadas que permiten el desarrollo óptimo de los microorganismos. Los procesos biológicos utilizados para este fin se clasifican en aerobios o anaerobios, según que el desarrollo de los microorganismos demande o no oxígeno. En estas reacciones se produce la síntesis celular de los microorganismos, con lo cual crecen y se forman nuevas bacterias, generando una biomasa en forma de lodos o fangos (denominados en este caso lodos secundarios), que habrá de ser extraída posteriormente por procedimientos físicos y químicos. La biomasa está constituida, pues, por microorganismos vivos y muertos. Por otra parte, para que estos procesos puedan tener lugar es necesario que las ARI tengan una cantidad de nutrientes suficiente para la alimentación de las bacterias, por lo que de no ser así, se deberán agregar los nutrientes adecuados.

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3.7.1. Tratamiento aeróbico En el tratamiento aeróbico, de forma global, la reacción que tiene lugar es: Microorganismos

Aerobios Materia Orgánica + O2 ⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯ → CO2 + H2O + NO −3 + SO24 − + Nuevos Microorganismos

La materia orgánica se degrada y se mineraliza (es decir, se transforma en especies oxidadas simples, moléculas o iones de tipo inorgánico) y da lugar a la formación de nuevos microorganismos. Esta reacción global se puede desglosar en dos reacciones parciales: — Reacciones de degradación con desprendimiento de energía (reacciones catabólicas): Microorganismos

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Aerobios Materia Orgánica(C, H, O, N, S...) + O2 ⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯ → CO2 + H2O + NH4+ + SO42 − + Energía

Posteriormente, el ion amonio (NH4+) se nitrifica hasta ion nitrito (NO2–) o por nitrificación total hasta ion nitrato (NO3–), gracias a la acción de ciertas bacterias (nitrosomonas y nitrobacter), dándose frecuentemente una mezcla de ambas formas. — Reacciones de síntesis celular (reacciones anabólicas): El proceso que tiene lugar es, al contrario que el anterior, endotérmico y en su conjunto se puede representar así: Microorganismos Materia Orgánica + Nutrientes + Energía ⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯ → Nuevos Microorganismos

El metabolismo de los microorganismos es muy sensible a las condiciones del medio: oxígeno disuelto, temperatura, pH y salinidad. Además, la presencia de materiales tóxicos, como cianuros, fenoles, compuestos de cadmio, etc. puede llegar, incluso, a impedir el crecimiento bacteriano. Dentro de este proceso hay dos tipos de tratamiento, según que se trabaje con la biomasa en suspensión o fijada en un soporte sólido. De cada uno de estos dos tipos existen diversas modalidades. Los reactores biológicos más usuales dentro del primer tipo son los de fangos o lodos activados y las lagunas de estabilización, mientras que dentro del segundo destacan los de filtros bacterianos (percoladores, biocilindros y biodiscos) y los de lechos de turba.

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De todos ellos, el método de lodos activados o activos es el más empleado, comenzándose a utilizar en Inglaterra, en 1914. Opera con la biomasa suspendida en el seno del agua y consiste en un estanque (depósito o tanque) en el que se induce un cultivo de bacterias disperso en forma de flóculos (lodo activado) y al que llega el agua residual. Se ha de aportar una corriente continua de oxígeno a fin de que las bacterias puedan disponer del que necesiten, y mantener el conjunto en agitación para homogeneizar los lodos en el agua e impedir que sedimenten. Este depósito, que realmente actúa a modo de reactor biológico, se denomina tanque de aireación (Figura 3.3). Al cabo de unas 8 h la mezcla se envía a un tanque de sedimentación, donde se la deja reposar por un tiempo en ausencia de materia orgánica, por lo se dice que los lodos «se activan» (de ahí su nombre), pues para sobrevivir necesitan una materia orgánica de la que carecen, y su avidez por ella es enorme. Los lodos van sedimentando, con lo que en la parte superior queda un agua bastante depurada. Una fracción de los lodos sedimentados se recircula al depósito de aireación para mantener la concentración necesaria de microorganismos. El resto de fangos no reutilizados se purga y constituye lo que se conoce como lodos o fangos secundarios. Están formados fundamentalmente por biomasa (microorganismos vivos y muertos) y han de someterse a un tratamiento posterior, como se estudiará en la sección 3.9. Dentro de este método de lodos activos existen diversas variantes, pero no serán tratadas aquí.

Figura 3.3. Tanque de aireación y, al fondo, tanque de sedimentación.

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Las lagunas de estabilización aerobias son depósitos de poca profundidad, de menos de 1 m, en los que se dejan las aguas residuales unos días (no más de 10). La luz del Sol, al penetrar en toda la masa acuosa, da lugar a una gran producción de algas y microorganismos capaces de llevar a cabo la degradación aerobia de la materia orgánica de las aguas. Es, pues, un procedimiento de bajo coste. 3.7.2. Tratamiento anaeróbico Tiene la ventaja de ser más económico que el aeróbico, por lo que cuando las condiciones así lo permiten es el que se utiliza. Teniendo en cuenta que este tratamiento se efectúa en ausencia de aire, el oxígeno necesario para el desarrollo de los distintos grupos de microorganismos habrá de ser proporcionado por el material orgánico de las ARI. Esto es así cuando las aguas residuales llevan una carga elevada de material orgánico. La reacción global es la siguiente:

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Microorganismos Anaerobios Materia Orgánica(C, H, O, N, S...) ⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯ → CH4 + CO2 + NH3 + H2S + Nuevos Microorganismos

Este proceso consta de una serie de fases. Primeramente, determinados tipos de materia orgánica —proteínas, carbohidratos y lípidos— son degradados por diferentes grupos de bacterias (bacterias hidrolíticas, acidogénicas y acetogénicas) a compuestos orgánicos más sencillos, como son acetatos, propionatos y butiratos. Sobre todos éstos vuelven a actuar otros grupos de bacterias (bacterias metanogénicas), que los siguen degradando hasta llegar a gases (fase de gasificación). Como productos finales de la digestión anaerobia se llega así al biogás (mezcla gaseosa rica sobre todo en metano y dióxido de carbono, más otros gases) y a lodos (mezcla de compuestos no biodegradables y biomasa). El biogás puede aprovecharse como fuente energética y, en cuanto a los lodos, suelen constituir un subproducto molesto que debe ser eliminado, aunque a veces pueden emplearse en ciertas aplicaciones. En el tratamiento de los lodos una de las operaciones más importantes es asimismo la digestión anaerobia (se tratará más detenidamente en la sección 3.9). Los reactores en los que se lleva a cabo se denominan generalmente digestores y son de varios tipos. En todos ellos la biomasa activa, es decir, los

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microorganismos vivos, se retiene dentro del reactor (Figura 3.4). Según los métodos de retención de la biomasa dentro del digestor, estos se clasifican —como en el tratamiento aeróbico— en digestores con la biomasa no adherida y digestores con la biomasa adherida. Entre los de biomasa no adherida ante todo hay que destacar los digestores de contacto, los más utilizados en los últimos tiempos, en los que los lodos generados se recirculan mediante una sedimentación externa en un decantador próximo pero independiente del reactor. Se emplea sobre todo en industrias lácteas y cerveceras o en destilerías y mataderos.

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Son también importantes los digestores de lecho suspendido UASB (Up Flow Anaerobic Sludge Blanket, capa de lodos anaerobia ascendente), que tra-

Figura 3.4. Reactor anaeróbico.

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bajan con un flujo ascendente de las aguas residuales —o, en su caso, lodos— a tratar. Da muy buenos resultados en aguas con altos contenidos en hidratos de carbono, como son las industrias conserveras, azucareras, papeleras o cerveceras. Entre los digestores con la biomasa adherida se encuentra el subgrupo de lecho fijo, que emplean un material inerte con el que se rellena el reactor y al que la biomasa se adhiere. En otros casos los digestores son de lecho expandido o fluidizado, en los que la biomasa se adhiere a un relleno constituido por partículas inertes de pequeño tamaño y gran densidad (alúmina, arena fina...), haciendo que el efluente recircule por dentro del digestor. En la práctica a veces se utilizan sistemas mixtos, con dos reactores en serie de distinto tipo. En cualquier caso, cada tipo de digestor se elegirá según las características del agua residual o de los lodos que vayan a ser tratados.

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3.7.3. Ventajas e inconvenientes de los tratamientos aeróbico y anaeróbico En la elección de uno de estos dos tratamientos biológicos para la depuración de unas ARI determinadas, se han de tener en cuenta una serie de características que determinan las ventajas e inconvenientes de uno y otro, según el caso. En principio, cabe decir que la digestión aerobia da lugar a una eliminación superior de materia orgánica y que el fango secundario que produce, además de carecer de olor, posee un poder fertilizante mayor que el procedente del tratamiento anaeróbico. Sin embargo, no origina biogás, subproducto muy interesante desde el punto de vista energético, es más sensible a la temperatura y resulta más caro debido al coste que supone la necesidad de suministrar oxígeno. El tratamiento anaeróbico, por su parte, además de sus ventajas de producción de biogás y de no precisar aireación, permite depurar aguas residuales de mayor carga orgánica, da lugar a menos lodos y su requerimiento en nutrientes es muy bajo. En su contra están los hechos de que necesita mayor tiempo de residencia en el reactor y que se producen muy malos olores (debidos al sulfuro de hidrógeno que se origina y a los mercaptanos, compuestos orgánicos con azufre). En la Tabla 3.2 se resumen las principales ventajas e inconvenientes de ambos tratamientos.

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Tabla 3.2. Ventajas e inconvenientes de los tratamientos aeróbicos y anaeróbicos. Tratamiento AERÓBICO

Ventajas

Mayor rendimiento de depuración.

Aporte continuo de oxigeno (mayores costes energéticos).

No es necesario aumentar la temperatura.

Mayor necesidad de nutrientes.

Permite la nitrificación simultánea.

Producción de gran cantidad de lodos.

Procesos mejor conocidos.

Lodos secundarios sin olor. ANAERÓBICO

Inconvenientes

Admite aguas residuales con mayor carga orgánica.

Mayores costes de inversión inicial.

Costes de la operación más bajos.

Arranque más lento y delicado.

Producción de biogás (aprovechable).

Necesidad de mayores tiempos de residencia en el reactor.

Menor producción de lodos. No necesitan aporte de oxígeno.

Mantener la ausencia continua de oxígeno.

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Control de temperatura en digestores cerrados. Muy mal olor de lodos.

Puede concluirse que, en general, los procesos anaerobios son preferibles para aguas con muy alta carga orgánica, ya que ofrecen ventajas de tipo económico sobre los aerobios, destinados a aguas menos cargadas. Las industrias con aguas residuales ricas en materia orgánica son sobre todo las de tipo alimentario y agrícola, así como las farmacéuticas y papeleras. En consecuencia, para las dos primeras, en las que la carga orgánica es más elevada, convienen más los tratamientos anaeróbicos, mientras que para las otras se suelen utilizan procesos aerobios, aunque en la práctica se pueden emplear ambos procesos de forma complementaria.

3.8. TRATAMIENTO TERCIARIO Cuando en las aguas residuales persisten contaminantes aún después de los tratamientos primario y secundario, es necesario someterlas al tratamiento terciario (llamado también avanzado), a fin de eliminar dichos contaminantes. Los objetivos primordiales de este tratamiento son:

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• Eliminación de gérmenes patógenos y de parásitos (desinfección). • Eliminación de color. • Eliminación de detergentes. • Eliminación de fosfatos, para evitar eutrofización de las aguas receptoras. • Eliminación total o parcial de compuestos nitrogenados (amoniaco, nitratos y nitritos). • Disminución del contenido en materias disueltas y en suspensión. • Reducción de la carga orgánica (si ésta es muy elevada, las aguas siguen presentando altos valores de la DQO y de la DBO aún después del tratamiento secundario).

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El logro de estos objetivos implica someter las aguas residuales a una serie de operaciones de tipo generalmente físico-químico. Las más importantes son:

Arrastre con aire y arrastre con vapor de agua Son muy eficaces para la eliminación de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) y Semivolátiles (COSV), como son los disolventes clorados, y también para la eliminación de contaminantes gaseosos inorgánicos (sulfuro de hidrógeno, amoniaco...). Son dos procesos de fundamento teórico muy parecido, por lo que en conjunto se denominan stripping (del inglés «strip», despojar, arrancar). El arrastre con aire se emplea para efluentes con concentraciones de contaminantes bajas o medias, mientras que el arrastre con vapor de agua, que se realiza a altas temperaturas, se emplea para mayores concentraciones y para compuestos menos volátiles y más solubles en agua, ya que su poder de eliminación es mayor. El equipo consiste básicamente en columnas de relleno en las que el efluente y la corriente de aire o de vapor circulan en contracorriente, con lo que la superficie de contacto es mayor. Se aplican con gran eficacia en efluentes de refinería y de hornos de coque (eliminación de H2S y NH3), y en fábricas de papel (eliminación de compuestos fenólicos y polisulfuros, principalmente).

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Procesos de filtración por membranas Bajo esta denominación se engloban una serie de operaciones que tienen en común la filtración de las aguas residuales a través de membranas, bajo presión, con lo que se consigue eliminar sólidos e impurezas. Esencialmente, consisten en poner el agua residual en contacto con una membrana porosa y, por acción de una fuerza impulsora se logran separar determinadas impurezas del efluente. En función del tamaño del poro de las membranas (en orden decreciente) se clasifican en los tipos siguientes:

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Microfiltración > Ultrafiltración > Nanofiltración > Ósmosis inversa (o hiperfiltración) El principio físico-químico de estos procesos es contrarrestar la presión osmótica. Éste es un fenómeno espontáneo que se pone de manifiesto al poner una membrana semipermeable entre dos compartimentos, uno con una solución muy concentrada y otro con otra solución menos concentrada (o con agua pura). La presión osmótica hace que un flujo de agua pura pase hacia la solución más concentrada por una tendencia espontánea a igualarse las concentraciones (Figura 3.5A y B). Pero si se aplica una presión hidrostática externa superior a la osmótica, ocurrirá el proceso inverso, es decir, el paso de agua pura (o, en su caso, de agua con impurezas disueltas de pequeño tamaño) de la solución más concentrada a la menos concentrada, quedando las impurezas más gruesas detenidas en la membrana (Figura 3.5C). En todas estas operaciones de filtración el agua pasa a través de la membrana porosa y quedan retenidas determinadas especies químicas, moléculas e iones de tamaño superior al diámetro del poro. Por eso, el agua que ha

Figura 3.5. Procesos de ósmosis y de filtración por membranas.

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traspasado la membrana se halla bastante purificada (fase permeada), y en el agua que quedó sin pasar quedan retenidas esas especies químicas; es decir, es un agua residual concentrada (Figura 3.5D). Las membranas operan por exclusión de tamaño, es decir, a medida que el poro es más pequeño, se excluyen partículas más pequeñas. La fuerza impulsora que obliga a que el agua pase a través de la membrana es la presión hidrostática, que habrá de ser mayor a medida que el poro de la membrana es más pequeño, pues se requiere una mayor energía. En la Tabla 3.3 se recogen los contaminantes eliminados en estos procesos. Tabla 3.3. Eliminación de contaminantes mediante filtración por membranas.

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Proceso

Diámetro de poro (µ)

Microfiltración

10-0,02

Ultrafiltración

0,02-0,001

Nanofiltración

< 0,001

Contaminantes eliminados Sólidos suspendidos, DBO, aceites y grasas, metales. Macromoléculas, aceites, colorantes y pigmentos. Moléculas orgánicas de bajo Pm, cationes y aniones divalentes.

La ósmosis inversa, por su importancia, merece mención a parte. Posee la particularidad de que su membrana sólo permite el paso de agua pura, quedando retenidas las sales. Tiene gran aplicación para eliminar impurezas de tipo iónico (nitratos, sulfatos, fosfatos, iones metálicos...) así como coloides, ciertos compuestos orgánicos y microorganismos. Es muy utilizada en las industrias de galvanotecnia y de fotografía para recuperar metales valiosos, y en la depuración de efluentes en las industrias alimentarias, papeleras y farmacéuticas. Aparte de estos usos en el tratamiento de las ARI, se emplea principalmente en la desalinización del agua del mar. Las membranas suelen ser de acetato de celulosa, para grandes caudales, y de poliamidas, para efluentes de menor caudal.

Pervaporación La pervaporación es otro proceso de membrana, pero en este caso no es porosa. Se aplica el vacío a un lado de la membrana, con lo que la diferencia de concentración de un componente determinado hace que dicho compo-

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nente se difunda, pero en fase gaseosa. Por ello tiene aplicación para sustancias volátiles, como es en la recuperación de disolventes orgánicos que puedan estar contenidos en los efluentes, así como en la eliminación de tóxicos orgánicos volátiles.

Electrodiálisis

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En la electrodiálisis la fuerza impulsora es la diferencia de potencial eléctrico. Se emplean membranas de intercambio iónico que permiten el paso de los iones, pero no así el del agua, ni tampoco de otras moléculas ni de coloides. Se coloca una serie de membranas, una semipermeable a los cationes alternando con otra semipermeable a los aniones, y así sucesivamente, y en los compartimentos extremos se colocan dos electrodos. Al someter éstos a una diferencia de potencial, emigran los cationes al polo negativo y los aniones al positivo. En unos compartimentos se van concentrando las sales y en otros se va obteniendo agua con menos impurezas. Se utiliza sobre todo en industrias de galvanotecnia.

Intercambio iónico El intercambio iónico se utiliza para eliminar sales disueltas en las aguas residuales. Se hace pasar el agua por una resina polimérica, llamada intercambiadora, ya que en ellas tiene lugar un intercambio de los iones contaminantes del agua por otros no contaminantes presentes en esa resina. Ésta se dispone en una columna. Se utiliza principalmente para efluentes de industrias pequeñas y medianas que contengan metales en formas iónicas solubles, aniones como cianuros o nitratos, fenoles, etc.. Es importante en industrias de cromado y de galvanotecnia.

Adsorción Ciertos materiales poseen la propiedad de fijar sobre su superficie determinadas moléculas, sobre todo de tipo orgánico. Se trata de los adsorbentes, materiales que tienen una gran superficie específica (expresada normalmente en m2/g). El más utilizado es el carbón activo, fabricado a partir de

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antracita, carbones bituminosos o grasos, coque, turba o madera, presentándose en el mercado en forma de gránulos o en polvo. Es muy eficaz para adsorber moléculas orgánicas (como fenoles, compuestos clorados e hidrocarburos), con lo que se eliminan los olores y colores que muchas de estas sustancias originan en las aguas. Fija también metales pesados que se puedan encontrar en trazas. Muchas veces se combina con el tratamiento biológico, de forma simultánea, por dar lugar a un proceso de bioadsorción, mediante el cual las partículas de carbón actúan de soporte de los microorganismos. A veces también se emplean polímeros sintéticos como adsorbentes de los compuestos orgánicos.

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Procesos de oxidación En los procesos de oxidación se eliminan químicamente tanto materiales orgánicos (fenoles, aminas, compuestos halogenados...) como inorgánicos y microorganismos patógenos. Generalmente, se utilizan como oxidantes ozono, agua oxigenada, cloro, hipoclorito de sodio o permanganato de potasio. A veces se recurre a métodos más sofisticados, empleando combinaciones de oxidantes, como son mezclas de ozono y agua oxigenada u ozono con luz ultravioleta.

Precipitación La precipitación es otro proceso de eliminación de tipo químico, en este caso mediante la adición de compuestos que den lugar, con iones presentes en las aguas residuales, a otros compuestos de un producto de solubilidad muy bajo. Estos compuestos precipitan, y el precipitado se separa por sedimentación. Los fosfatos, que han de ser eliminados por su carácter de nutriente, se precipitan así por adición de sales de calcio o de aluminio, y los fluoruros, abundantes en la industria de vidrio, por adición de cal. Es también el procedimiento que se sigue con los metales pesados, que precipitan en forma de hidróxidos o de sulfuros. Estos procesos de precipitación a veces se llevan a cabo durante el tratamiento primario y tienen lugar durante la neutralización (Sección 3.6.2.).

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3.9. TRATAMIENTO DE LODOS Los términos de lodo y fango se utilizan indistintamente para designar cualquier producto de desecho originado durante los tratamientos de las aguas residuales en una planta depuradora. Van sedimentando durante las distintas etapas de los tratamientos de esas aguas y consisten en un material sólido, semisólido de carácter pastoso o líquido con una concentración en sólidos superior a la de las aguas residuales de partida. En los lodos se van concentrando los contaminantes, así como parte de los reactivos utilizados y de la biomasa generada. Los lodos son, en definitiva, unos subproductos de muy poco valor y con un alto grado de contaminación que por ello han de ser tratados adecuadamente. Esto habrá de llevarse a cabo mediante una gestión de lodos, ajustada a la legislación ambiental vigente y que estudie los problemas de su vertido y/o su posible aprovechamiento en determinados usos.

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Existen varios tipos de lodos: • Lodos primarios: producidos en la sedimentación primaria en los tanques de sedimentación. • Lodos secundarios o biológicos: originados durante el tratamiento secundario y consisten mayoritariamente en la biomasa generada. • Lodos mixtos: mezcla de los dos anteriores, ya que generalmente se tratan de forma conjunta. Su tratamiento consta de una serie de operaciones cuyo conjunto se denomina línea de lodos o fangos. En cuanto a los objetivos que se persiguen con ello son la reducción de su volumen y su desactivación desde el punto de vista biológico, procesos que se conocen como concentración y estabilización de lodos, respectivamente.

3.9.1. Concentración o espesamiento Al disminuir el volumen de los fangos, resultan más fáciles de manejar. Se puede conseguir su espesamiento a través de dos métodos, dependiendo de la densidad del lodo: por gravedad o por flotación. Dentro de este último método el más eficaz es el de flotación por aire: se inyecta aire a presión, con

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

lo que se producen burbujas de aire que atrapan las partículas sólidas del fango, formándose en la superficie unas espumas de lodos espesados que desde allí se pueden separar fácilmente con unas raquetas. 3.9.2. Estabilización

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Los fangos secundarios contienen gran cantidad de materia orgánica fermentable y de microorganismos patógenos, lo cual daría lugar a descomposición y producción de muy malos olores. Por ello, es necesario reducir el poder de fermentación de los lodos. Esto puede llevarse a cabo mediante digestión aerobia y, sobre todo, anaerobia, ya que es la más empleada debido a que produce biogás, que resulta aprovechable. Como estos procedimientos son muy caros, hay casos en los que se recurre a la estabilización química, generalmente añadiendo cal, agente de coste bastante bajo. De esta manera se llega a un pH superior a 11, medio tan básico que en él muchas bacterias no pueden desarrollarse. Otras veces se recurre a la estabilización térmica, sometiendo los lodos a un calentamiento a presión (entre 40 y 100 atm, llegando a los 260 °C), durante algo más de 40 min (oxidación húmeda). 3.9.3. Acondicionamiento Tras las operaciones anteriores los fangos aún son muy fluidos, por lo que es necesario seguir eliminando agua para que sean más manejables y se puedan transportar. Se les somete así a las operaciones de deshidratación (por diversos procedimientos, físicos o químicos) y de secado (también por diversos métodos), con lo que se llega frecuentemente hasta un material de textura sólida. El secado a veces se puede realizar, incluso, sobre lechos de arena o «eras de secado», procedimiento muy económico. La elección de unos u otros tipos de operación vendrá impuesta por las propias características de los fangos. Por otra parte, estas características son muy diferentes de unas plantas depuradoras a otras, según el tipo de aguas residuales industriales, por lo que no se puede dar una formulación general. Esto implica que la gestión de lodos deba hacerse de forma específica para cada caso, en función de su volumen y composición, así como de su posible recuperación o reutilización y de la viabilidad de su vertido. Caben así dos vías posibles: recuperación-reutilización y eliminación sin recuperación-reutilización.

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

Recuperación-reutilización Aprovechamiento agrícola: como abono; para compostaje (Tema 5). Obtención de energía: por incineración.

Eliminación sin recuperación-reutilización Vertido a un cauce; vertido al mar; depósito en vertederos (Tema 7) o relleno de terrenos (escombreras). En cualquier caso, los procesos de gestión y de tratamiento de lodos son tan importantes como el propio proceso de depuración de las aguas residuales industriales.

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3.10. CONCLUSIONES El tratamiento de las aguas residuales industriales, y también el de los lodos, uno de sus más importantes subproductos, requiere una cuidadosa gestión en la que se deben tener en cuenta exigencias ecológicas y económicas. En cualquier caso, las industrias actualmente están obligadas por la ley a cumplir determinados requisitos desde una perspectiva ambiental. Existe a este fin una legislación básica de aguas, con una serie de leyes y normativas relativas tanto a los diferentes usos a los que está destinada el agua, como sobre las aguas residuales de distinto origen y sus vertidos. La legislación de los organismos públicos va, de menor a mayor, desde la local (ayuntamientos), a la autonómica, estatal y europea. En toda gestión de aguas residuales de una industria es obligación, pues, revisar toda la legislación vigente para conseguir una información actualizada en ese aspecto. Por otra parte, todos debemos ser conscientes, como ciudadanos responsables, de la necesidad de devolver a la Naturaleza el agua que de ella hemos tomado y libre de productos que puedan dañar a aquélla. Y esto no sólo por un impositivo legal, sino por propio convencimiento de mantener en nuestro Planeta el equilibrio ecológico.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN 1. De estas cuatro alternativas, señale la que considere válida. Razone brevemente la respuesta elegida: a) Las aguas residuales industriales requieren siempre un tratamiento de depuración aparte del correspondiente a las aguas residuales urbanas. b) No es necesario separar las arenillas de las ARI, ya que no contienen contaminantes peligrosos. c) Los lodos secundarios pueden tener ciertas aplicaciones prácticas. d) En la electrodiálisis la fuerza impulsora es una presión hidrostática. 2. Explique brevemente la diferencia entre coagulación y floculación.

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3. En una central lechera de gran volumen, ¿qué tipo de tratamiento secundario sería en principio más aconsejable dar a sus aguas residuales? Razone brevemente su respuesta. 4. Una industria de vidrio produce una gran cantidad de fluoruros que han de ser eliminados de sus aguas residuales por su carácter contaminante. ¿Cómo podría hacerse? ¿Por qué? 5. Señale si la siguiente afirmación es cierta o falsa, justificando brevemente su respuesta: «No es necesario eliminar los nitratos y fosfatos de las aguas residuales, ya que por su carácter nutriente son beneficiosos para la agricultura». 6. Indique un procedimiento adecuado para eliminar los siguientes productos contaminantes de las aguas residuales de las siguientes industrias: a) El H2S y NH3 producidos en una industria de refinería. b) Para recuperar los iones plata en una pequeña industria de fotografía.

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN 1. Cierta: c) ya que los lodos secundarios pueden reutilizarse para ciertos fines, tales como abono o para obtener energía por incineración. Falsas: a) A veces ambos tipos de aguas residuales se pueden depurar conjuntamente. b) Es necesario separarlas previamente, pues pueden interferir en los tratamientos posteriores de las aguas. d) La fuerza impulsora es la diferencia de potencial eléctrico.

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2. La acepción más general para estos términos es la siguiente: La coagulación consiste en la agrupación de las partículas coloidales o micelas mediante distintos procedimientos (desestabilización de micelas), con lo cual se consigue que esos agregados sedimenten debido a su mayor densidad. La floculación consiste en la aglomeración mayor de las partículas coloidales desestabilizadas, resultando agregados de superior tamaño (flóculos), lo que favorece aún más su sedimentación y separación. 3. Como las industrias de tipo alimentario producen aguas residuales muy ricas en materias orgánicas, lo más aconsejable sería el tratamiento anaeróbico, ya que a pesar de exigir mayor costes iniciales de instalaciones, a la larga tiene más ventajas económicas (menor coste energético, producción de biogás, producción de menos lodos, etc.). 4. Un procedimiento muy adecuado sería por precipitación, que generalmente se hace añadiendo cal. El ion fluoruro forma una sal insoluble con los iones calcio (CaF2) y así se separa del agua. 5. Falso. Precisamente por su carácter de nutrientes deben ser eliminados, ya que pueden dar lugar a la eutrofización de las aguas. 6. a) Mediante arrastre con vapor de agua o con aire. b) Por ósmosis inversa.

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4 Copyright © 2008. UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia. All rights reserved.

RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

Equipos de recogida selectiva de Residuos Sólidos Urbanos (RSU).

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SUMARIO 4.1 Concepto de Residuos Urbanos (RU) 4.2. Composición de los RU 4.3. Propiedades de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) 4.3.1. Propiedades físicas 4.3.2. Propiedades químicas 4.3.3. Propiedades biológicas 4.4. Impacto ambiental de los RSU 4.5. Gestión de los RSU 4.5.1. 4.5.2. 4.5.3. 4.5.4.

Pre-recogida Recogida Transporte Tratamiento

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Ejercicios de autocomprobación Soluciones a los ejercicios de autocomprobación

OBJETIVOS 1. Analizar la composición de los residuos urbanos, RU. 2. Reconocer las distintas propiedades físicas, químicas y biológicas de los RSU. 3. Definir las condiciones para la clasificación y gestión de los RSU. 4. Distinguir los distintos sistemas de recogida de los RSU. 5. Describir el funcionamiento de las estaciones de transferencia y de las plantas de clasificación de los RSU. 6. Diferenciar entre las posibles vías de reciclaje que pueden sufrir los RSU.

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4.1. CONCEPTO DE RESIDUOS URBANOS (RU)

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Una de las características de las sociedades actuales es la producción de materiales sobrantes que no tienen utilidad y que son abandonados. Cuando las poblaciones eran más reducidas estos residuos se producían en cantidades que el ambiente podía absorber y eliminar. En la actualidad, la cantidad de residuos que se producen es tan grande que tienden a acumularse convirtiéndose en un problema ambiental de gran magnitud. En el artículo 3.b) de la Ley 10/1998, de 21 de abril, se definen los Residuos Urbanos (RU) como: los generados en los domicilios particulares, comercios, oficinas y servicios, así como todos aquellos que no tengan la calificación de peligroso y que por su naturaleza o composición puedan asimilarse a los producidos en los anteriores lugares o actividades. También tendrán la consideración de residuos urbanos los siguientes: • Residuos procedentes de la limpieza de vías públicas, zonas verdes, áreas recreativas y playas. • Animales domésticos muertos, así como muebles, enseres y vehículos abandonados. • Residuos y escombros procedentes de obras menores de construcción y reparación domiciliaria. El I Plan Nacional de Residuos Urbanos (I PNRU, 2000-2006) aprobado en enero de 2000 abarcaba los residuos urbanos, definidos de acuerdo con el artículo anterior, incluidos los residuos originados por la limpieza de zonas públicas, los residuos textiles y maderas de origen doméstico, así como los residuos no peligros domésticos y los aceites y ciertos residuos de origen comercial, como son los aceites y grasas vegetales. Por el contrario, quedaban excluidos los residuos peligrosos definidos de acuerdo con el Real Decreto 952/1997.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

En el II PNRU (2007-2015) quedan incluidos los mismos residuos que fueron definidos en el I PNRU, y se complementa con otros planes de residuos, también dentro del Plan Nacional Integrado de Residuos (PNIR) como son: • Residuos peligrosos de origen doméstico (ciertas colas y adhesivos, pinturas, barnices y disolventes, insecticidas, residuos eléctricos y electrónicos, etc.), incluidos en el II Plan Nacional de Residuos Peligrosos. • Pilas y acumuladores usados de uso doméstico. Dentro del Programa Nacional de Pilas y Acumuladores usados. Tabla 4.1. Tipos de residuos según su procedencia.

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Fuente

Tipo de residuo

Domésticos

Residuos de comida, papel, cartón, plásticos, textiles, cuero, residuos de jardín, madera, vidrio, latas de hojalata, aluminio, cenizas, hojas, residuos especiales (artículos voluminosos, electrodomésticos, baterías, pilas, aceite, neumáticos, animales muertos, etc.).

Comercial

Papel, cartón, plásticos, madera, residuos de comida, aceites y grasas vegetales, vidrio, metales, residuos especiales (ver párrafo superior), etc.

Construcción y demolición

Madera, acero, hormigón, tierra y alambre.

Servicios municipales

Residuos especiales, barrido de calles, poda de árboles, etc.

4.2. COMPOSICIÓN DE LOS RU La composición de los RU es muy variada y heterogénea ya que están constituidos por materiales muy diversos. Los distintos componentes se pueden clasificar según su naturaleza en inertes (metal, vidrio, etc.), fermentables (residuos orgánicos procedentes de restos de alimentos, vegetales, etc.) y combustibles (papel, cartón, plásticos, etc.). Según el país varía la cantidad de residuos que se producen. Los más desarrollados generan más residuos por habitante y día que los menos desarrollados. Aunque también existen variaciones dentro de un mismo país dependiendo de las características de la zona (urbana o rural), del nivel

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RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

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Figura 4.1. Composición de los residuos sólidos urbanos en España. Datos del II PNRU (2007-2015). Ministerio de Medio Ambiente (MMA).

de vida de la población, de la estación del año, del clima, etc. La producción de RSU en los países desarrollados oscila entre 0,95 kg y 1,5 kg por habitante y día. Por ejemplo, en España la producción media ha aumentado en los últimos años situándose en 2004 en 1,44 kg/habitante y día (Figura 4.2).

Figura 4.2. Generación de residuos urbanos en España desde 1995-2004. Datos del II PNRU.

4.3. PROPIEDADES DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU) El tratamiento adecuado de los RSU implica los procesos de reciclaje, reutilización, transformación y eliminación, lo que hace necesario conocer las propiedades físicas, químicas y biológicas de los mismos.

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

4.3.1. Propiedades físicas Las propiedades físicas más importantes de los RSU a tener en cuenta son: • Densidad. • Humedad. • Tamaño y distribución del tamaño de las partículas.

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• Capacidad de campo y conductividad hidráulica. La densidad se define como el peso de un material por unidad de volumen (kg/m3). Se suele determinar para el conjunto de residuos urbanos, porque la densidad de cada producto no indica que su mezcla tenga un valor global proporcional al de sus componentes. La densidad de los residuos sólidos varía según su composición, el nivel de humedad y el grado de compactación (Tabla 4.2). Por ejemplo, los residuos alimentarios presentan valores entre 131 y 481 kg/m3 con niveles de humedad correspondientes al 50 y 80%, mientras que los RSU compactados en vertedero tienen valores entre 590 a 742 kg/m3 con un contenido de humedad del 15 al 40%. El contenido de humedad (H) de los RSU se puede expresar de dos formas: como porcentaje del peso del material húmedo (método de peso-húmedo), o como porcentaje del peso seco del material (método de peso-seco). Los valores de humedad son muy variables ya que depende de varios factores, como la composición de los residuos, estación del año, condiciones metereológicas, etc. (Tabla 4.2). El contenido de humedad según el método de peso-húmedo se calcula a partir de la fórmula:

 w − wf  H= i × 100  w i  Donde: H = Contenido de humedad en % wi = Peso inicial de la muestra (kg) wf = Peso de la muestra (kg) después de secarse a 105 °C

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RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

Tabla 4.2. Intervalos y valores típicos de densidad y humedad de algunos tipos de residuos. Densidad (kg/m3) Tipo de residuo

Humedad (% peso)

Intervalo

Valor Típico

Intervalo

Valor Típico

Residuos de comida

131-481

291

50-80

70

Papel

42-131

89

4-10

6

Cartón

42-80

50

4-8

5

Plásticos

42-131

65

1-4

2

Vidrio

160-481

196

1-4

2

Latas de metal

50-160

89

2-4

3

Aluminio

65-240

160

2-4

2

131-1.151

320

2-4

3

Domésticos (no compactados)

Otros metales Textiles

42-101

65

6-15

10

Madera

131-320

237

15-40

20

Residuos de jardín

59-225

101

30-80

60

Demolición mezclados (no combustible)

1.000-1.600

1.421

2-10

4

Demolición mezclados (combustible)

300-400

360

4-15

8

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Construcción y demolición

El análisis del tamaño de partícula en un residuo es importante para el reciclaje y la recuperación de algunos de los componentes, así como para la adecuación de las dimensiones de los equipos para posteriores tratamientos (tromel, separadores magnéticos, etc.). La distribución del tamaño de partículas es fundamental para los métodos de incineración y transformación biológicas. El tamaño de un componente se determina mediante una de las medidas siguientes:

Sc = l  l+ a Sc =   2   l+ a + h Sc =    3 

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RECICLADO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Donde: Sc = Tamaño del componente (mm) l = Longitud (mm) a = Anchura (mm) h = Altura (mm) Como hay diferencias significativas entre las diversas medidas de tamaño, se deben hacer mediciones individuales para los residuos en cuestión, utilizando la medición de tamaño que proporcione la información necesaria para una aplicación específica.

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La capacidad de campo (CC) de los residuos sólidos se define como la cantidad total de humedad que puede ser retenida por una muestra de residuo sometida a la acción de la gravedad. Por encima de la capacidad de campo el agua drena libremente. Los RSU no compactados tienen una capacidad de campo del 50 al 60%, y el agua que excede de la CC, drenará como lixiviado. Por tanto, su determinación adquiere importancia a la hora de diseñar los vertederos de residuos, estaciones depuradoras, etc. Una de las ecuaciones empleadas para calcular la capacidad de campo es la de Tchobanoglous et al.:

⎛ ⎞ w CC = 0, 6 − 0, 55 ⎜ ⎟ ⎝ 4.500 + w ⎠ w = peso en kg del recubrimiento calculado a la altura media de la capa de residuo La conductividad hidráulica de los residuos compactados es una propiedad física que determina en gran parte el movimiento de líquidos y gases, por ejemplo, dentro de un vertedero y, se puede definir como la velocidad de movimiento de agua en el suelo cuando es sometida a una fuerza neta igual a la gravedad. El coeficiente de permeabilidad (K) se calcula según la expresión:

⎛γ ⎞ ⎛γ ⎞ K = Cd 2 ⎜ ⎟ = k⎜ ⎟ ⎝ µ⎠ ⎝ µ⎠

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RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

Donde: C = Constante d = Tamaño medio de los poros γ = Densidad del agua µ = Viscosidad del agua k = Permeabilidad intrínseca o específica La permeabilidad intrínseca k, cuyo valor es Cd2, depende de las propiedades del material sólido, como son distribución de los tamaños de poro, superficie específica, etc.

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4.3.2. Propiedades químicas Además de las propiedades físicas, es importante conocer la composición química de los materiales que constituyen los RSU para poder evaluar las opciones de tratamiento y recuperación. Por ejemplo, la viabilidad de la incineración depende de la composición química de los residuos sólidos. Por ello, si los residuos sólidos van a utilizarse como combustibles, se realizan fundamentalmente los siguientes ensayos: • Análisis inmediato. • Punto de fusión de las cenizas. • Análisis elemental. • Contenido energético. El análisis inmediato incluye la determinación de la humedad, del contenido en materia volátil combustible, de las cenizas y del carbono fijo. La determinación de la humedad se hace mediante calentamiento de la muestra a 105 °C durante una hora. El contenido en materia volátil corresponde a la pérdida de peso de la muestra con la ignición a 950 °C en un crisol. El residuo que permanece después de la incineración a esa temperatura constituye las cenizas. El carbono fijo se determina por diferencia: Carbono fijo = 100 – Humedad – Materias volátiles – Cenizas

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Punto de fusión de las cenizas. Otro valor que interesa conocer es la temperatura de fusión y solidificación de las cenizas formadas en la combustión de estos materiales. El punto de fusión de las cenizas oscila entre 1.100 °C y 1.200 °C. En el análisis elemental se determinan los porcentajes de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre de los residuos. También es frecuente incluir en este análisis la determinación de halógenos debido a la preocupación acerca de la emisión de compuestos clorados durante la combustión. La composición química de la materia orgánica en los RSU es obtenida mediante los datos del análisis elemental (Tabla 4.3). Tabla 4.3. Datos sobre el análisis elemental (%) de diferentes componentes de los RSU. Valores típicos de porcentaje en peso

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Componentes

Carbono

Hidrógeno

Oxígeno

Nitrógeno

Azufre

Residuos de comida

48,0

6,4

37,6

2,6

0,4

Papel

43,4

5,8

44,3

0,3

0,2

Cartón

43,0

5,9

44,8

0,3

0,2

Plásticos

60,0

7,2

22,8

—

—

Vidrio

0,5

0,1

0,4