Descripción de las fases del proceso de depuración: primaria, secundaria y terciaria
A continuación se describen las fases de tratamiento en una estación depuradora de aguas residuales.
Pretratamiento
Las aguas residuales son conducidas por la red de alcantarillado hasta la estación depuradora de aguas residuales. En este momento comienza el pretratamiento, que consta de varias etapas:
Desbaste. Elimina los sólidos más gruesos, como troncos, piedras, plásticos, papeles, etc., comúnmente mediante la retención de los sólidos en rejas.
Desarenado. Tiene lugar en un compartimento especial, donde las arenas se depositan en el fondo por la acción de la gravedad.
Desengrase. Este procedimiento, opuesto al anterior, concentra en la superficie del agua las partículas en suspensión de baja densidad, especialmente aceites y grasas. Un procedimiento habitual consiste en introducir en el agua burbujas de aire, que se fijan en las partículas, haciéndolas flotar.
Tratamiento primario
EI objetivo del tratamiento primario es la reducción del contenido de sólidos en suspensión del agua residual. Nuevamente, en este proceso podemos distinguir varias operaciones:
Decantación propiamente dicha. Las partículas de mayor densidad se depositan en el fondo de los decantadores primarios, por la acción de la gravedad. Para facilitar este proceso se asegura una baja velocidad de circulación del agua. Los fangos depositados en el fondo se evacuan mediante purgas periódicas. La limpieza de espumas y flotantes se realiza mediante recogedores que barren la superficie del agua, como son los brazos radiales.
Coagulación y floculación. Las suspensiones coloidales son muy estables, debido a su pequeña dimensión y a la existencia de cargas negativas repartidas a lo largo de la superficie. Para romper la suspensión y provocar la aglomeración de partículas, se realiza la coagulación y la floculación, que permitirá su decantación. La coagulación de las partículas coloidales se consigue a través de la eliminación de sus cargas eléctricas con un coagulante. La floculación agrupa las partículas descargadas por medio de floculates. Los flóculos resultantes, según su densidad, son extraídos del agua residual por decantación o por flotación.
Neutralización. Un pH demasiado alto o demasiado bajo de las aguas residuales puede obstaculizar la acción depuradora de los microorganismos, ya que la actividad biológica óptima tiene lugar en un intérvalo de pH comprendido entre 5 y 8,5. Se hace necesario, por lo tanto, corregir la excesiva alcalinidad o acidez del agua mediante la adición de ácidos o bases.
Tratamiento biológico o secundario
El agua decantada y homogeneizada en el tratamiento primario pasa a un recinto, donde será sometida a la acción de microorganismos (principalmente bacterias y protozoos), que se alimentan de las sustancias orgánicas que quedan en disolución en el agua residual. En este proceso, los compuestos orgánicos complejos son convertidos en compuestos simples, y la demanda de oxígeno disminuye al mismo tiempo que aumenta paulatinamente su concentración.
El desarrollo de este proceso de depuración está influenciado por dos factores principales:
* La magnitud de la superficie de contacto entre el agua residual y los microorganismos debe ser lo más extensa posible.
* La aportación de oxígeno, con el fin de favorecer el desarrollo de los microorganismos que digieren la materia orgánica.
Independientemente del método utilizado a medida que se desarrolla el trata- miento biológico crece la masa de microorganismos, formando masas de lodos que deberán ser separadas del agua depurada. Para ello, el agua es conducida a otro decantador, esta vez secundario, donde los restos de materia orgánica en suspensión se depositan en el fondo. El agua superficial, más clarificada y depurada, vierte por el borde exterior del decantador, ésta contiene sólo entre el 5 y el 10% de la materia orgánica con la que entró.
Tratamiento terciario
Finalizada la decantación secundaria, en muchos casos, el agua residual se considera ya lo suficientemente libre de carga contaminante como para ser vertida a los cauces de los ríos; no obstante, en algunos casos es conveniente afinar más la depuración, por lo que es sometida a un tratamiento terciario.
En ocasiones, el agua pasa a una cámara de cloración, donde se eliminan los microorganismos. El agua que entra en este último proceso no sirve para el consumo humano, pero sí para riegos.
Otras veces es necesario eliminar selectivamente ciertos componentes, como el fósforo, para evitar la eutrofización del cauce donde irán las aguas; esto se consigue mediante la combinación de reactivos químicos y el paso de las aguas a través de filtros de arena, o incluso de carbón activo.
Los métodos de depuración blandos
Las instalaciones destinadas a la depuración de las aguas residuales procedentes de pequeños núcleos de población, alejados de los sistemas generales de saneamiento, deben ser sencillas de instalar y de mantener. A ello responden los llamados sistemas de depuración blandos. Entre los más significativos y utilizados se encuentran los siguientes:
* El lagunaje. Este sistema consiste en la depuración biológica en estanques de estabilización. Una laguna de estabilización es un estanque excavado en la tierra que depura el agua residual que recoge; en él tienen lugar una serie de procesos:
– El efecto estanque permite absorber las variaciones de caudal del agua residual que llega a la laguna.
– Las partículas en suspensión sufren una sedimentación primaria.
– Los residuos orgánicos son eliminados por oxidación bacteriana aerobia (en la superficie del estanque) y digestión anaerobia (en las capas de agua más profundas).
Dependiendo del tipo de proceso biológico, las lagunas se pueden clasificar en varios tipos:
Lagunas aerobias
Los procesos que tienen lugar son la fotosíntesis y la respiración, llevados a cabo por algas verdes y bacterias aerobias. Para facilitar el proceso, los estanques son amplios y poco profundos. Al mismo tiempo, en estas lagunas tienen lugar procesos de desinfección por la acción de los rayos ultravioletas procedentes de la luz solar.
Lagunas anaerobias
La fermentación de la materia orgánica tiene lugar mediante la acción de las bacterias anaerobias, y produce gases como el metano y el ácido sulfhídrico. El estanque debe ser profundo y de pequeña superficie, carente de oxígeno, salvo en una delgada capa superficial, que evita la propagación de los malos olores.
Lagunas facultativas
En ellas se combinan las condiciones de digestión de las bacterias aerobias y anaerobias; suelen emplearse para depurar las aguas residuales que se han sometido a un pretratamiento.
Filtros verdes
Consisten en plantaciones de especies de crecimiento rápido (como el chopo) que se alimentan con los nutrientes procedentes de las aguas residuales. Eliminan gran parte de la carga contaminante, pero los árboles no tienen actividad vegetativa durante todo el año. Además, necesitan una gran extensión de terreno.
Lechos de turba
EI agua residual se conduce a unas balsas, en donde se filtra a través de turba, que retiene buena parte de la carga contaminante.
Contactores cilíndricos rotativos (biocilindros o biodiscos)
El agua residual se hace pasar a través de unos tambores cilíndricos provistos de laminillas, lo que asegura una gran superficie de contacto entre las colonias bacterianas que crecen sobre las láminas y el agua contaminada. Los tambores giran continuamente, lo que asegura el conveniente aporte de oxigeno al proceso. Una ventaja de este sistema es que requiere muy poco espacio para su instalación.
Productos finales de la depuración de aguas residuales: los biosólidos y el biogás.
El proceso de depuración de aguas residuales tiene como producto principal el agua depurada que se incorpora a los cauces, pero también conlleva la producción de gran cantidad de subproductos, especialmente los fangos ricos en materia orgánica que se producen en el tratamiento biológico y en las sucesivas decantaciones.
Los fangos o lodos de depuración contienen gran cantidad de humedad (superior a un 95%) y un alto contenido en materia orgánica biodegradable: el proceso más habitual consiste en su espesamiento y deshidratación, reduciendo su contenido en agua para hacerlos más manejables. También se tratan para reducir su contenido en materia orgánica fermentable, mediante procedimientos de digestión (tanto aerobia como anaerobia) o estabilización. En la práctica este proceso se realiza en los digestores de fango.
En el proceso de digestión anaerobia, muy utilizado en las grandes instalaciones de depuración, los fangos procedentes de los decantadores se bombean hasta los digestores primarios, donde por medio de un cultivo de microorganismos en ausencia de oxígeno y a una temperatura determinada continúa la mineralización de la materia orgánica. Este proceso determina la formación de un gas con alto contenido en metano, de gran poder calorífico.
Como las altas temperaturas favorecen el proceso, el gas obtenido se emplea como combustible para mantener el sistema en las condiciones de trabajo ideales. El resto del gas sobrante se quema por medio de una antorcha o bien se almacena, dependiendo de la estacionalidad de la depuradora. En este último caso, se contaría con un sistema de cogeneración para generar energía eléctrica. A continuación los fangos se deshidratan. El fango resultante con una humedad de un 20-25%, ya es un producto manejable como sólido. El agua sobrante vuelve al inicio del proceso de depuración. Los fangos finales son retirados en camiones y convertidos, mediante compostaje, en abono orgánico. En ocasiones, se depositan en vertederos o incluso se incineran.
Otros procesos de depuración
Vertido del líquido. El vertido final del agua tratada se realiza de varias formas. La más habitual es el vertido directo a un río o lago receptor. En aquellas partes del mundo que se enfrentan a una creciente escasez de agua, tanto de uso doméstico como industrial, las autoridades empiezan a recurrir a la reutilización de las aguas tratadas para rellenar los acuíferos, regar cultivos no comestibles, procesos industriales, recreo y otros usos. En un proyecto de este tipo, el proceso de tratamiento comprende los tratamientos convencionales primario y secundario, seguidos de una limpieza por cal para eliminar los compuestos orgánicos en suspensión. Durante este proceso, se crea un medio alcalino (pH elevado) para potenciar el proceso. En el paso siguiente se emplea la recarbonatación para volver a un pH neutro. A continuación se filtra el agua a través de múltiples capas de arena y carbón vegetal, y el amoníaco es eliminado por ionización. Los pesticidas y demás compuestos orgánicos aún en suspensión son absorbidos por un filtro granular de carbón activado. Los virus y bacterias se eliminan por ozonización. En esta fase el agua debería estar libre de todo contaminante pero, para mayor seguridad, se emplean la segunda fase de absorción sobre carbón y la ósmosis inversa y, finalmente, se añade dióxido de cloro para obtener un agua de calidad máxima.
Fosa séptica. Un proceso de tratamiento de las aguas residuales que suele usarse para los residuos domésticos es la fosa séptica: una fosa de cemento, bloques de ladrillo o metal en la que sedimentan los sólidos y asciende la materia flotante. El líquido aclarado en parte fluye por una salida sumergida hasta zanjas subterráneas llenas de rocas a través de las cuales puede fluir y filtrarse en la tierra, donde se oxida aeróbicamente. La materia flotante y los sólidos depositados pueden conservarse entre seis meses y varios años, durante los cuales se descomponen anaeróbicamente.
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