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• Luis Ramirez

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Introducción En el curso de la historia las aguas residuales se han considerado como una molestia que debe eliminarse en la forma menos costosa y ofensiva posible. Esto equivalía a emplear sistemas de disposición en el sitio, por ejemplo los retretes de pozo y de descarga directa en lagos y corrientes. Durante el siglo pasado se reconoció que este método tiene efectos indeseables sobre el ambiente. Esto ha desembocado en la diversidad de técnicas de tratamientos. El agua limpia es un bien escaso que es preciso tratar, por lo que es necesario conservarlo y reutilizarlo. Un agua residual es agua que no tiene valor inmediato para el fin para el que se utilizó ni para el propósito para el que se produjo debido a su calidad, cantidad o al momento en que se dispone de ella.

Agua Residual

Retrete de Pozo

Características -Características Físicas Olor: El agua residual domestica frescas y aeróbica tiene el olor del queroseno o tierra recién revuelta, mientras que las aguas residuales envejecidas y sépticas son bastante más ofensivas al sentido del olfato. Color: En cuanto a su color, las frescas tienen un color gris, las sépticas son de color negras debido a la precipitación de sulfuro de hierro. Temperatura: Su temperatura oscila entre 10 y 20 °C. En general, la temperatura de un agua residual será mayor que la del suministro de agua, debido a la adición de agua tibia en los hogares y al calentamiento dentro del sistema de drenaje de la estructura. Entre otras características, el peso de un metro cubico de agua residual pesa aproximadamente 1, 000,000 g y contiene unos 500g de sólidos. La mitad de estos estarán disueltos, como los compuestos de calcio, sodio y los orgánicos solubles. Los 250 g restantes serán insolubles. La fracción insoluble consiste de unos 125 g de material que se sedimenta y sale, en condiciones tranquilas, de la fracción liquida en 30 minutos (solidos sedimentables). Los 125 g restantes permanecerán en suspensión durante un tiempo muy largo (solidos suspendidos). El resultado de todo esto es un agua muy turbia.

-Características Químicas Como la cantidad de sustancias químicas presentes en las aguas residuales es casi limitada, se conocen más por las pruebas utilizadas para medirlos. -DQO: Mediante el análisis de DQO se determina el equivalente en oxigeno de la materia orgánica que puede oxidar un oxidante químico enérgico (dicromato de potasio) en un medio ácido. El análisis de DQO requiere aproximadamente una hora. -Nitrógeno total de Kjeldahl (NTK): Es una medida de nitrógeno orgánico y amoniacal total en el agua residual. Es una medida de la disponibilidad de nitrógeno como formador de células, así como de la demanda de potencial de oxigeno nitrogenoso, que se debe satisfacer. -El fosforo aparece en muchas formas en el agua residual; por ejemplo ortofosfatos, polifosfatos y fosfatos orgánicos. -También el pH de estos residuos estará entre los límites de 6.5 a 8.5, y la mayor parte estarán del lado alcalino de 7.0.

Tratamiento de Aguas Residuales Las alternativas para el tratamiento de aguas residuales se agrupan en tres categorías principales: 1) primario, 2) secundario, y 3) terciario o avanzado. Cada uno de estos suelen tener sus tratamientos previos. El objetivo del tratamiento previo es proteger la planta de tratamiento de aguas residuales que le sigue. Las aguas residuales pueden significar graves riesgos, ya que los sistemas de recolección y tratamiento no se diseñaron para tratarlas. Los residuos pueden dañar los alcantarillados e interferir con el funcionamiento de las plantas de tratamiento. Antes del tratamiento primario se colocan varios dispositivos y estructuras para proteger el equipo de la planta de tratamiento de aguas residuales. Estos dispositivos y estructuras se consideran como tratamiento previo, porque reducen poco la 𝐷𝐵𝑂5. -Rejas de Barra: Los primeros dispositivos que se encuentran las aguas residuales al entrar a una planta, cuyo principal objetivo es eliminar objetos grandes que pudiesen dañar o estorbar en bombas, válvulas y demás equipo mecánico.

Las rejas se pueden clasificar como rejas de basura, de limpieza manual o limpieza mecánica. Las rejas de basura tienen aberturas grandes, de 40 a 150 mm y su objetivo es no dejar pasar objetos grandes como troncos, las siguientes tienen una abertura de 25 a 50 mm y las finales de 5 a 40 mm. -Cámaras de desarenado: Los materiales inertes densos, como arena, trozos de vidrio, limo y piedras se llaman arena o piedrilla. Si esos materiales no se eliminan del agua erosionan las bombas y demás dispositivos mecánicos. Se dispone de tres tipos básicos de cámaras de desarenado: controladas por la velocidad, aireadas y piletas de sedimentación a corto plazo y de nivel constante. -Desmenuzadores: Aparatos que cortan los sólidos de las aguas residuales tales como trapos, papeles, plásticos, etc. Mediante barras de corte rotatorias y van después de las cámaras de desarenado. -Tratamiento Primario Una vez finalizados el colado y el desarenado, el agua aun contiene solidos orgánicos ligeros suspendidos, algunos de los cuales se eliminan por gravedad en un tanque de sedimentación se llama lodo bruto. Este se elimina del tanque de sedimentación mediante rascadores mecánicos y bombas. Los materiales flotante, como la grasa y el aceite, suben a la superficie del tanque de sedimentación donde los reúne un sistema de desnatado superficial y se los elimina para procesarlos después.

Tanque de sedimentación primario

-Tratamiento Secundario Los ingredientes básicos necesarios para el tratamiento aeróbico secundario son la disponibilidad de muchos microorganismos, un buen contacto entre estos y el material orgánico, la disponibilidad de oxígeno y la conservación de otras condiciones ambientales favorables, una temperatura favorable y tiempo suficiente para que los microorganismos trabajen. -Papel de microorganismos: La estabilización de la materia orgánica se obtiene biológicamente por medio de una variedad de microorganismos que convierten la materia coloidal y orgánica disuelta en distintos gases y protoplasma. Como este tiene una gravedad especifica un poco mayor que la del agua, se eliminan del líquido tratado mediante sedimentación por gravedad. 

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Bacterias: La mayor población de organismos en una planta de tratamiento de aguas residuales será de bacterias, organismos unicelulares que consumen alimentos solubles. Hongos: Los hongos son organismos multicelulares, no fotosintéticos y heterótrofos. Son aeróbicos obligados que se reproducen por varios métodos, que incluyen fisión, gemación y formación de esporas. Sus células requieren la mitad del nitrógeno que las bacterias, por lo que en un agua residual con deficiencia de nitrógeno predominaran sobre las bacterias. Algas: Este grupo fotoautótrofos, y pueden ser uni o multicelulares. Debido a la clorofila que contiene la mayoría de las especies producen oxigeno por fotosíntesis.

-Desbaste: Consiste habitualmente en la retención de los sólidos gruesos del agua residual mediante una reja, manual o autolimpiable, o un tamiz, habitualmente de menor paso o luz de malla. Esta operación no solo reduce la carga contaminante del agua a la entrada, sino que permite preservar los equipos como conducciones, bombas y válvulas, frente a los depósitos y obstrucciones provocados por los sólidos, que habitualmente pueden ser muy fibrosos: tejidos, papeles, etc. -Fangos Activados o Lodos Activados: Las plantas de fangos activos usan una variedad de mecanismos y procesos para usar oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que remueven substancialmente materia orgánica. También puede atrapar partículas de material.

-Camas filtrantes: En plantas más viejas y plantas receptoras de cargas variables, se utilizan camas filtrantes de goteo, en las que el licor de las aguas residuales es rociado en la superficie de una profunda cama compuesta de coque (carbón), piedra caliza o fabricada especialmente de medios plásticos. Tales medios deben tener altas superficies para soportar las biopelículas que se forman. El licor es distribuido mediante unos brazos perforados rotativos que irradian de un pivote central. El licor distribuido gotea en la cama y es recogido en drenes en la base. Estos drenes también proporcionan un recurso de aire que se infiltra hacia arriba de la cama, manteniendo un medio aerobio. Las películas biológicas de bacterias, protozoarios y hongos se forman en la superficie del medio y se comen o reducen los contenidos orgánicos. Esta biopelícula es alimentada a menudo por insectos y gusanos. -Placas rotativas y espirales: En algunas plantas pequeñas son usadas placas o espirales de revolvimiento lento que son parcialmente sumergidas en un licor. Se crea un flóculo biótico que proporciona el substrato requerido. -Reactor biológico de cama móvil: El reactor biológico de cama móvil (MBBR, por sus siglas en inglés) asume la adición de medios inertes en vasijas de fangos activos existentes para proveer sitios activos para que se adjunte la biomasa. Esta conversión hace como resultante un sistema de crecimiento. Las ventajas de los sistemas de crecimiento adjunto son: 1) Mantener una alta densidad de población de biomasa 2) Incrementar la eficiencia del sistema sin la necesidad de incrementar la concentración del licor mezclado de sólidos (MLSS) 3) Eliminar el costo de operación de la línea de retorno de fangos activos (RAS). Filtros aireados biológicos: Filtros aireados (o anóxicos) biológicos (BAF) combinan la filtración con reducción biológica de carbono, nitrificación o desnitrificación. BAF incluye usualmente un reactor lleno de medios de un filtro. Los medios están en la suspensión o apoyados por una capa en el pie del filtro. El propósito doble de este medio es soportar altamente la biomasa activa que se une a él y a los sólidos suspendidos del filtro. La reducción del carbón y la conversión del amoniaco ocurre en medio aerobio y alguna vez alcanzado en un solo reactor mientras la conversión del nitrato ocurre en una manera anóxica. BAF es también operado en flujo alto o flujo bajo dependiendo del diseño especificado por el fabricante.

Reactores biológicos de membrana: Es un sistema con una barrera de membrana semipermeable o en conjunto con un proceso de fangos. Esta tecnología garantiza la remoción de todos los contaminantes suspendidos y sólidos disueltos. La limitación de los sistemas MBR es directamente proporcional a la eficaz reducción de nutrientes del proceso de fangos activos. El coste de construcción y operación de MBR es usualmente más alto que el de un tratamiento de aguas residuales convencional de esta clase de filtros. Sedimentación secundaria: El paso final de la etapa secundaria del tratamiento es retirar los flóculos biológicos del material de filtro, y producir agua tratada con bajos niveles de materia orgánica y materia suspendida. En una planta de tratamiento rural, se realiza en el tanque de sedimentación secundaria.

-Tratamiento Avanzado Aunque los procesos de tratamiento secundario pueden, cuando se acoplan a la desinfección, eliminar más del 85% de la DBO y los sólidos suspendidos, y casi a todos los patógenos, solo logra eliminaciones marginales de algunos contaminantes como nitrógeno, fosforo, DQO soluble y metales pesados. Entonces se emplean procesos capaces de eliminarlos en forma adecuada.

-Filtración: Si se utiliza un proceso de filtración semejante al que se emplean en las plantas de tratamiento de agua es posible eliminar los sólidos suspendidos residuales, incluyendo los microorganismos no sedimentados. Al eliminar los microorganismos también se reduce la 𝐷𝐵𝑂5 , ya que el proceso de decaimiento biológico ejerce una demanda de oxígeno. -Adsorción con carbón: Aun después del tratamiento secundario pueden persistir en la descargar de materiales orgánicos solubles resistentes a la descomposición biológica. Con frecuencia, a estos materiales se les llama compuestos orgánicos refractarios. Este método es el más practico disponible para eliminar los compuestos orgánicos refractarios es adsorberlos con carbón activado. -Eliminación de Fosforo: Todos los polifosfatos se hidrolizan en forma gradual, en solución acuosa, y se regresan a la forma orto (𝑃𝑂4 3− ) de la cual se obtuvieron. La eliminación de fosforo para evitar o reducir la eutroficación se logra normalmente mediante precipitación química, con uno de tres reactivos: Cloruro Férrico, Sulfato de Aluminio o con Cal. Control del nitrógeno: El nitrógeno en cualquiera de sus formas solubles (menos en N2 gaseoso) es un nutriente, y podrá ser necesario eliminarlo del agua residual para ayudar a controlar el crecimiento de algas en el cuerpo receptor. La eliminación puede lograrse en forma biológica o química. A este proceso biológico se le llama “nitrificación-desnitrificación” y al proceso químico se le llama “arrastre de amoniaco”.