Tratamiento de aguas residuales - Sewage treatment

Foto aérea de la planta de tratamiento de aguas residuales de lodos activados de Kuryanovo en Moscú, Rusia.
Humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales cerca de Gdansk, Polonia
Estanques de estabilización de residuos en una planta de tratamiento de aguas residuales en el sur de Francia.
UASB para el tratamiento de aguas residuales domésticas en Bucaramanga, Colombia
Las plantas de tratamiento de aguas residuales (STP) vienen en muchos tamaños y configuraciones de proceso diferentes. En el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda: foto aérea de la STP de lodos activados de Kuryanovo en Moscú , Rusia; STP de humedales artificiales cerca de Gdansk , Polonia; Estanques de estabilización de residuos STP en el sur de Francia; STP de manto de lodos anaeróbicos de flujo ascendente en Bucaramanga , Colombia
Tratamiento de aguas residuales
Sinónimo Planta de tratamiento de aguas residuales (EDAR), planta de recuperación de agua
Posición en la cadena de saneamiento Tratamiento
Nivel de aplicación Ciudad, barrio
Nivel de manejo Público
Entradas Aguas residuales , también podrían ser solo aguas negras (desechos) , aguas grises
Salidas Efluentes , lodos de depuradora , posiblemente biogás (para algunos tipos)
Tipos Lista de tecnologías de tratamiento de aguas residuales
Preocupaciones ambientales La contaminación del agua , la salud del medio ambiente , la salud pública , los problemas de eliminación de lodos de depuradora

El tratamiento de aguas residuales (o tratamiento de aguas residuales domésticas , tratamiento de aguas residuales municipales ) es un tipo de tratamiento de aguas residuales que tiene como objetivo eliminar los contaminantes de las aguas residuales para producir un efluente que sea adecuado para su descarga al medio ambiente circundante o una aplicación de reutilización prevista, evitando así la contaminación del agua de las aguas residuales. descargas de aguas residuales. Las aguas residuales contienen aguas residuales de hogares y empresas y posiblemente aguas residuales industriales pretratadas . Existe una gran cantidad de procesos de tratamiento de aguas residuales para elegir. Estos pueden variar desde sistemas descentralizados (incluidos los sistemas de tratamiento en el sitio) hasta grandes sistemas centralizados que involucran una red de tuberías y estaciones de bombeo (llamadas alcantarillado ) que conducen las aguas residuales a una planta de tratamiento. Para las ciudades que tienen una alcantarilla combinada , las alcantarillas también llevarán la escorrentía urbana (aguas pluviales) a la planta de tratamiento de aguas residuales. El tratamiento de aguas residuales a menudo implica dos etapas principales, llamadas tratamiento primario y secundario , mientras que el tratamiento avanzado también incorpora una etapa de tratamiento terciario con procesos de pulido y eliminación de nutrientes. El tratamiento secundario puede reducir la materia orgánica (medida como demanda biológica de oxígeno ) de las aguas residuales, utilizando procesos biológicos aeróbicos o anaeróbicos.

Se ha desarrollado una gran cantidad de tecnologías de tratamiento de aguas residuales, en su mayoría utilizando procesos de tratamiento biológico. Los ingenieros y los tomadores de decisiones deben tener en cuenta criterios técnicos y económicos, así como los aspectos cuantitativos y cualitativos de cada alternativa al elegir una tecnología adecuada. A menudo, los principales criterios de selección son: la calidad deseada del efluente, los costos de construcción y operación esperados, la disponibilidad de terreno, los requisitos energéticos y los aspectos de sostenibilidad . En los países en desarrollo y en las zonas rurales con baja densidad de población, las aguas residuales a menudo se tratan mediante varios sistemas de saneamiento in situ y no se conducen por alcantarillas. Estos sistemas incluyen tanques sépticos conectados a campos de drenaje , sistemas de alcantarillado en el sitio (OSS), sistemas de vermifiltros y muchos más. Por otro lado, las plantas de tratamiento de aguas residuales avanzadas y relativamente caras en las ciudades que pueden pagarlas pueden incluir un tratamiento terciario con desinfección y posiblemente incluso una cuarta etapa de tratamiento para eliminar los microcontaminantes.

A nivel mundial, se estima que se trata el 52% de las aguas residuales. Sin embargo, las tasas de tratamiento de aguas residuales son muy desiguales para diferentes países del mundo. Por ejemplo, mientras que los países de ingresos altos tratan aproximadamente el 74% de sus aguas residuales, los países en desarrollo tratan un promedio de solo el 4,2%.

El tratamiento de aguas residuales forma parte del campo del saneamiento . El saneamiento también incluye la gestión de desechos humanos y sólidos , así como la gestión de aguas pluviales (drenaje). El término "planta de tratamiento de aguas residuales" se usa a menudo indistintamente con el término "planta de tratamiento de aguas residuales".

Terminología

Planta de tratamiento de aguas residuales de lodos activados en Massachusetts , EE. UU.

El término "planta de tratamiento de aguas residuales" (STP) (o "obras de tratamiento de aguas residuales" en algunos países) se reemplaza hoy en día con frecuencia por el término planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR). Estrictamente hablando, este último es un término más amplio que también puede referirse a las aguas residuales industriales.

Propósitos y descripción general

El objetivo general del tratamiento de las aguas residuales es producir un efluente que se pueda descargar al medio ambiente y causar la menor contaminación del agua posible, o producir un efluente que se pueda reutilizar de manera útil. Esto se logra eliminando los contaminantes de las aguas residuales. Es una forma de gestión de residuos .

Con respecto al tratamiento biológico de las aguas residuales, los objetivos del tratamiento pueden incluir varios grados de los siguientes: transformar componentes biodegradables disueltos y particulados (especialmente materia orgánica) en productos finales aceptables, transformar y eliminar nutrientes (nitrógeno y fósforo), eliminar o inactivar organismos patógenos y eliminar los componentes orgánicos traza específicos (microcontaminantes).

Algunos tipos de tratamiento de aguas residuales producen lodos de aguas residuales que pueden tratarse antes de su eliminación o reutilización segura. En determinadas circunstancias, los lodos de depuradora tratados pueden denominarse " biosólidos " y utilizarse como fertilizante .

Características de las aguas residuales

Aguas residuales sin tratar que llegan a una planta de tratamiento de aguas residuales en Siria (tenga en cuenta que se deben usar guantes protectores al tomar muestras de las aguas residuales).

Las aguas residuales (o aguas residuales domésticas, aguas residuales domésticas, aguas residuales municipales) son un tipo de aguas residuales producidas por una comunidad de personas. Normalmente se transporta a través de un sistema de alcantarillado . Las aguas residuales consisten en aguas residuales que se descargan de las residencias y de las instalaciones comerciales, institucionales y públicas que existen en la localidad. Los subtipos de aguas residuales son las aguas grises (de fregaderos, bañeras, duchas, lavavajillas y lavadoras de ropa) y aguas negras (el agua que se usa para tirar los inodoros , combinada con los desechos humanos que eliminan). Las aguas residuales también contienen jabones y detergentes. Es posible que haya desperdicios de alimentos por el lavado de platos y que se aumenten las cantidades de alimentos cuando se utilicen unidades de eliminación de basura . En las regiones donde se usa papel higiénico en lugar de bidés , ese papel también se agrega a las aguas residuales. Las aguas residuales contienen macrocontaminantes y microcontaminantes, y también pueden incorporar algunos desechos sólidos municipales y contaminantes de aguas residuales industriales .

Las aguas residuales generalmente viajan desde la tubería de un edificio a una alcantarilla , que la llevará a otra parte, oa una instalación de alcantarillado en el sitio . La recolección de aguas residuales de varios hogares juntos generalmente se realiza en alcantarillas sanitarias o alcantarillas combinadas . El primero está diseñado para excluir los flujos de aguas pluviales, mientras que el segundo está diseñado para tomar también aguas pluviales. La producción de aguas residuales generalmente corresponde al consumo de agua. Diversos factores influyen en el consumo de agua y, por tanto, en los caudales de aguas residuales por persona. Estos incluyen: disponibilidad de agua (lo opuesto a escasez de agua ), opciones de suministro de agua , clima (los climas más cálidos pueden conducir a un mayor consumo de agua), tamaño de la comunidad, nivel económico de la comunidad, nivel de industrialización , medición del consumo doméstico, costo del agua y presión del agua.

Los principales parámetros de las aguas residuales que se miden para evaluar la resistencia o calidad de las aguas residuales, así como las opciones de tratamiento, incluyen: sólidos, indicadores de materia orgánica, nitrógeno, fósforo e indicadores de contaminación fecal. Estos pueden considerarse los principales macrocontaminantes de las aguas residuales. Las aguas residuales contienen patógenos que provienen de la materia fecal . Los siguientes cuatro tipos de patógenos se encuentran en las aguas residuales: bacterias patógenas , virus , protozoos (en forma de quistes u ooquistes) y helmintos (en forma de huevos). Para cuantificar la materia orgánica se suelen utilizar métodos indirectos: principalmente la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) y la Demanda Química de Oxígeno (DQO).

Colección

El alcantarillado (o sistema de alcantarillado) es la infraestructura que transporta las aguas residuales o la escorrentía superficial ( aguas pluviales , agua de deshielo , agua de lluvia ) a través de alcantarillas. Abarca componentes tales como desagües receptores , pozos de inspección , estaciones de bombeo , desbordamientos de tormentas y cámaras de cribado del alcantarillado o alcantarillado sanitario combinado . El alcantarillado finaliza en la entrada a una planta de tratamiento de aguas residuales o en el punto de descarga al medio ambiente . Es el sistema de tuberías, cámaras, pozos de registro, etc. que transporta las aguas residuales o pluviales.

En muchas ciudades, las aguas residuales (o aguas residuales municipales) se transportan junto con las aguas pluviales, en un sistema de alcantarillado combinado , a una planta de tratamiento de aguas residuales. En algunas áreas urbanas, las aguas residuales se transportan por separado en las alcantarillas sanitarias y la escorrentía de las calles se transporta por los desagües pluviales . El acceso a estos sistemas, con fines de mantenimiento, se realiza típicamente a través de una boca de inspección . Durante los períodos de alta precipitación, un sistema de alcantarillado puede experimentar un evento de desbordamiento de alcantarillado combinado o un evento de desbordamiento de alcantarillado sanitario , lo que obliga a las aguas residuales sin tratar a fluir directamente a las aguas receptoras. Esto puede representar una seria amenaza para la salud pública y el medio ambiente circundante.

El sistema de alcantarillado se llama alcantarillado o sistema de alcantarillado en inglés británico y sistema de alcantarillado en inglés americano.

Tipos de procesos de tratamiento

Las aguas residuales pueden tratarse cerca de donde se crean, lo que puede llamarse un sistema "descentralizado" o incluso un sistema "in situ" ( instalación de alcantarillado in situ , fosas sépticas , etc.). Alternativamente, las aguas residuales pueden recolectarse y transportarse mediante una red de tuberías y estaciones de bombeo a una planta de tratamiento municipal. Esto se llama un sistema "centralizado" (ver también alcantarillado y tuberías e infraestructura ).

Se ha desarrollado una gran cantidad de tecnologías de tratamiento de aguas residuales, en su mayoría utilizando procesos de tratamiento biológico (consulte la lista de tecnologías de tratamiento de aguas residuales ). En términos muy generales, se pueden agrupar en opciones de alta tecnología (alto costo) frente a opciones de baja tecnología (bajo costo), aunque algunas tecnologías pueden caer en cualquiera de las dos categorías. Otras clasificaciones de agrupamiento son sistemas "intensivos" o "mecanizados" (más compactos y que emplean con frecuencia opciones de alta tecnología) versus sistemas "extensivos" o "naturales" o " basados ​​en la naturaleza " (que usualmente utilizan procesos de tratamiento natural y ocupan áreas más extensas). . Esta clasificación a veces puede simplificarse demasiado, porque una planta de tratamiento puede implicar una combinación de procesos, y la interpretación de los conceptos de alta y baja tecnología, intensivos y extensivos, mecanizados y procesos naturales puede variar de un lugar a otro.

Procesos de baja tecnología, extensos o basados ​​en la naturaleza

Humedal construido (flujo vertical) en el Centro de Investigación y Capacitación en Saneamiento, Belo Horizonte , Brasil
Planta de tratamiento de aguas residuales con filtro percolador en la Planta de Tratamiento de Onça, Belo Horizonte , Brasil.

A continuación se muestran ejemplos de sistemas de tratamiento de aguas residuales más de baja tecnología, "naturales" y, a menudo, menos costosos. A menudo utilizan poca o ninguna energía. Algunos de estos sistemas no brindan un alto nivel de tratamiento, o solo tratan parte de las aguas residuales (por ejemplo, solo las aguas residuales de los inodoros ), o solo brindan un tratamiento previo, como fosas sépticas. Por otro lado, algunos sistemas son capaces de proporcionar un buen desempeño, satisfactorio para varias aplicaciones. Muchos de estos sistemas se basan en procesos de tratamiento natural, que requieren grandes superficies, mientras que otros son más compactos. En la mayoría de los casos, se utilizan en áreas rurales o en comunidades pequeñas y medianas. Por ejemplo, los estanques de estabilización de desechos son una opción de tratamiento de bajo costo que prácticamente no requiere energía, pero requieren mucho terreno. Debido a su simplicidad técnica, la mayoría de los ahorros (en comparación con los sistemas de alta tecnología) son en términos de costos de operación y mantenimiento.

Ejemplos de sistemas que pueden proporcionar tratamiento total o parcial solo para aguas residuales de inodoros:

Procesos de alta tecnología, intensivos o mecanizados

Tanque de aireación de la planta de tratamiento de aguas residuales de lodos activados (difusores de burbuja fina) cerca de Adelaide , Australia

A continuación se enumeran ejemplos de sistemas de tratamiento de aguas residuales más de alta tecnología, intensivos o "mecanizados", a menudo relativamente costosos. Algunos de ellos también consumen mucha energía. Muchos de ellos proporcionan un tratamiento de muy alto nivel. Por ejemplo, en términos generales, el proceso de lodos activados logra una alta calidad de efluente pero es relativamente caro y consume mucha energía.

Opciones de eliminación o tratamiento

Existen otras opciones de proceso que pueden clasificarse como opciones de eliminación, aunque también pueden entenderse como opciones básicas de tratamiento. Estos incluyen: Aplicación de lodo , riego , pozo de remojo , campo de lixiviación , estanque de peces , estanque de plantas flotantes, eliminación de agua / recarga de agua subterránea , eliminación y almacenamiento de superficie.

La aplicación de aguas residuales a la tierra puede considerarse como una forma de disposición final o de tratamiento, o ambos. Conduce a la recarga de las aguas subterráneas y / o a la evapotranspiración. Las aplicaciones terrestres incluyen sistemas de velocidad lenta, infiltración rápida, infiltración subterránea, flujo terrestre. Se realiza mediante inundación, surcos, aspersión y goteo. Es un sistema de tratamiento / disposición que requiere una gran cantidad de terreno por persona.

Aspectos de diseño

Reactor de manto de lodo anaeróbico de flujo ascendente (UASB) en Brasil (imagen de una planta de tratamiento de pequeño tamaño), Centro de Investigación y Capacitación en Saneamiento, Belo Horizonte , Brasil

Selección de proceso

Al elegir un proceso de tratamiento de aguas residuales adecuado, los tomadores de decisiones deben tener en cuenta criterios técnicos y económicos, así como los aspectos cuantitativos y cualitativos de cada alternativa. Por lo tanto, cada análisis es específico del sitio. Se puede utilizar una evaluación del ciclo de vida (ACV) y se pueden atribuir criterios o ponderaciones a los diversos aspectos. La decisión final puede tener cierto grado de subjetividad. Existe una variedad de publicaciones para ayudar con la selección de tecnología.

En los países industrializados , los elementos críticos en la selección del proceso son, en orden decreciente de importancia: eficiencia, confiabilidad, aspectos de eliminación de lodos y requisitos del terreno. En los países en desarrollo , los principales elementos críticos pueden ser diferentes y girar más en torno a los costos de construcción, la sostenibilidad , la simplicidad y los costos operativos.

La elección del proceso de tratamiento más adecuado es complicada y requiere aportaciones de expertos, a menudo en forma de estudios de viabilidad . Esto se debe a que los principales factores importantes a considerar al evaluar y seleccionar los procesos de tratamiento de aguas residuales son numerosos: aplicabilidad del proceso, flujo aplicable, variación de flujo aceptable, características del afluente, compuestos inhibidores o refractarios, aspectos climáticos, cinética del proceso e hidráulica del reactor , rendimiento, tratamiento. residuos, procesamiento de lodos, restricciones ambientales, requisitos de productos químicos, requisitos de energía, requisitos de otros recursos, requisitos de personal, requisitos de operación y mantenimiento, procesos auxiliares, confiabilidad, complejidad, compatibilidad, disponibilidad de área.

En cuanto a los impactos ambientales, se incluyen en el proceso de selección los siguientes aspectos: olores, atracción de vectores , transporte de lodos, riesgos sanitarios, contaminación del aire , contaminación del suelo y del subsuelo, contaminación de las aguas superficiales o subterráneas , devaluación de áreas cercanas, molestias a las cercanas. población.

Control de olores

Los olores emitidos por el tratamiento de aguas residuales son típicamente una indicación de una condición anaeróbica o "séptica". Las primeras etapas del procesamiento tenderán a producir gases malolientes, siendo el sulfuro de hidrógeno el más común para generar quejas. Las grandes plantas de proceso en áreas urbanas a menudo tratarán los olores con reactores de carbono, un medio de contacto con lodos biológicos, pequeñas dosis de cloro o fluidos circulantes para capturar y metabolizar biológicamente los gases nocivos. Existen otros métodos de control de olores, incluida la adición de sales de hierro, peróxido de hidrógeno , nitrato de calcio , etc. para controlar los niveles de sulfuro de hidrógeno .

Requerimientos energéticos

Los requisitos de energía varían según el tipo de proceso de tratamiento y la intensidad de las aguas residuales. Por ejemplo, los humedales artificiales y los estanques de estabilización requieren poca energía, asociado principalmente con la presencia ocasional de bombas y otros equipos. Por otro lado, el proceso de lodos activados incluye una etapa de aireación, que consume mucha energía. Las plantas de tratamiento de aguas residuales que producen biogás en su proceso de tratamiento de lodos de aguas residuales con digestión anaeróbica pueden producir suficiente energía para satisfacer la mayoría de las necesidades energéticas de la propia planta de tratamiento de aguas residuales. Para las plantas de tratamiento de lodos activados en los Estados Unidos, alrededor del 30 por ciento de los costos operativos anuales se requieren generalmente para energía. La mayor parte de esta electricidad se utiliza para aireación, sistemas de bombeo y equipos para la deshidratación y secado de lodos de depuradora . Las plantas de tratamiento de aguas residuales avanzadas, por ejemplo, para la eliminación de nutrientes, requieren más energía que las plantas que solo logran un tratamiento primario o secundario.

Las pequeñas plantas rurales que usan filtros percoladores pueden operar sin requisitos netos de energía, todo el proceso es impulsado por el flujo gravitacional, incluida la distribución del flujo del cubo basculante y la eliminación de los tanques de sedimentación a los lechos de secado. Por lo general, esto solo es práctico en terrenos montañosos y en áreas donde la planta de tratamiento está relativamente alejada de las viviendas debido a la dificultad para controlar los olores.

Co-tratamiento de efluentes industriales

En los países desarrollados altamente regulados, las aguas residuales industriales generalmente reciben al menos un pretratamiento, si no un tratamiento completo, en las propias fábricas para reducir la carga contaminante, antes de descargarlas al alcantarillado. El pretratamiento tiene los siguientes objetivos: eliminar los componentes que puedan representar un riesgo para el sistema de alcantarillado y sus trabajadores; prevenir compuestos tóxicos o inhibidores de los microorganismos en la etapa biológica en la planta de tratamiento municipal; obstaculizar el uso beneficioso de los lodos de depuradora producidos; o que todavía estará presente en el efluente final de la planta de tratamiento. Algunas aguas residuales industriales pueden contener contaminantes que las plantas de tratamiento de aguas residuales no pueden eliminar. Además, el flujo variable de residuos industriales asociado con los ciclos de producción puede alterar la dinámica poblacional de las unidades de tratamiento biológico.

Aspectos de diseño de los procesos de tratamiento secundario

Un estanque de tratamiento anaeróbico en mal estado en Kariba , Zimbabwe (es necesario eliminar el lodo)

Áreas sin alcantarillado

Los residentes urbanos en muchas partes del mundo dependen de sistemas de saneamiento in situ sin alcantarillado, como tanques sépticos y letrinas de pozo , y la gestión de lodos fecales en estas ciudades es un desafío enorme.

Para el tratamiento de aguas residuales, el uso de tanques sépticos y otras instalaciones de alcantarillado en el sitio ( OSSF ) está muy extendido en algunas áreas rurales, por ejemplo, atiende hasta el 20 por ciento de los hogares en los EE. UU.

Pasos de proceso disponibles

El tratamiento de aguas residuales a menudo implica dos etapas principales, llamadas tratamiento primario y secundario, mientras que el tratamiento avanzado también incorpora una etapa de tratamiento terciario con procesos de pulido. Los diferentes tipos de tratamiento de aguas residuales pueden utilizar algunos o todos los pasos del proceso que se enumeran a continuación.

Tratamiento preliminar

El tratamiento preliminar (a veces llamado pretratamiento) elimina los materiales gruesos que se pueden recolectar fácilmente de las aguas residuales sin tratar antes de que dañen u obstruyan las bombas y las líneas de aguas residuales de los clarificadores de tratamiento primario .

Poner en pantalla

Disposición de tratamiento preliminar en plantas de tratamiento de aguas residuales pequeñas y medianas: Pantallas y cámara de arena limpiadas manualmente (Planta de Tratamiento de Jales, São Paulo , Brasil)

El afluente en las aguas residuales pasa a través de una rejilla de barra para eliminar todos los objetos grandes como latas, trapos, palos, paquetes de plástico, etc., transportados en la corriente de aguas residuales. Esto se hace más comúnmente con una pantalla de barra rastrillada mecánicamente automatizada en plantas modernas que sirven a grandes poblaciones, mientras que en plantas más pequeñas o menos modernas, se puede usar una pantalla limpia manualmente. La acción de rastrillado de una pantalla de barra mecánica se regula típicamente de acuerdo con la acumulación en las pantallas de barra y / o el caudal. Los sólidos se recogen y luego se eliminan en un vertedero o se incineran. Se pueden usar pantallas de barras o pantallas de malla de diferentes tamaños para optimizar la eliminación de sólidos. Si no se eliminan los sólidos en bruto, se arrastran por las tuberías y partes móviles de la planta de tratamiento y pueden causar daños sustanciales e ineficiencia en el proceso.

Removedor de arena

Tratamiento preliminar: Cámaras de arena de flujo horizontal en una planta de tratamiento de aguas residuales en Juiz de Fora , Minas Gerais, Brasil

La arena se compone de arena , grava , rocas y otros materiales pesados. El tratamiento preliminar puede incluir un canal o cámara de remoción de arena o arenilla, donde la velocidad de las aguas residuales entrantes se reduce para permitir el asentamiento de la arena. La remoción de arena es necesaria para (1) reducir la formación de depósitos en tanques de sedimentación primaria, tanques de aireación, digestores anaeróbicos, tuberías, canales, etc. (2) reducir la frecuencia de limpieza de tanques causada por la acumulación excesiva de arena; y (3) proteger el equipo mecánico en movimiento contra la abrasión y el desgaste anormal que lo acompaña. La eliminación de arenilla es esencial para equipos con superficies metálicas estrechamente mecanizadas, como trituradoras, tamices finos, centrífugas, intercambiadores de calor y bombas de diafragma de alta presión.

Las cámaras de arena vienen en tres tipos: cámaras de arena horizontales, cámaras de arena aireadas y cámaras de arena de vórtice. Las cámaras de arena de vórtice incluyen separadores de vórtice de vórtice inducido mecánicamente, vórtice inducido hidráulicamente y de vórtice de bandeja múltiple. Dado que tradicionalmente, los sistemas de remoción de arena han sido diseñados para remover partículas inorgánicas limpias que son mayores de 0.210 milímetros (0.0083 in), la mayor parte de la arena más fina pasa a través de los flujos de remoción de arena en condiciones normales. Durante los períodos de alto flujo, la arena depositada se resuspende y la cantidad de arena que llega a la planta de tratamiento aumenta sustancialmente. Por lo tanto, es importante que el sistema de eliminación de arena no solo funcione de manera eficiente durante condiciones de flujo normales, sino también en flujos máximos sostenidos cuando el mayor volumen de arena llega a la planta.

Ecualización de flujo

Las cuencas de compensación se pueden utilizar para lograr la compensación de flujo, con el objetivo de reducir los caudales máximos en clima seco o los caudales máximos en clima húmedo en el caso de los sistemas de alcantarillado combinados . Los beneficios son mejoras en el rendimiento de los procesos de tratamiento biológico, los clarificadores secundarios y cualquier equipo de filtración de efluentes. Las desventajas incluyen el costo de capital de las cuencas y los requisitos de espacio. Las cuencas también pueden proporcionar un lugar para contener, diluir y distribuir temporalmente las descargas de lotes de aguas residuales tóxicas o de alta resistencia que de otro modo podrían inhibir el tratamiento secundario biológico (como las aguas residuales de los inodoros portátiles o los lodos fecales que se llevan a la planta de tratamiento de aguas residuales en camiones de vacío). ). Los depósitos de compensación de flujo requieren un control de descarga variable, por lo general incluyen disposiciones para derivación y limpieza, y también pueden incluir aireadores y control de olores. La ecualización de flujo no se suele implementar en plantas de tratamiento de aguas residuales de mediana a gran escala.

Eliminación de grasas y grasas

En algunas plantas más grandes, la grasa y la grasa se eliminan haciendo pasar las aguas residuales a través de un pequeño tanque donde los skimmers recogen la grasa que flota en la superficie. También se pueden usar sopladores de aire en la base del tanque para ayudar a recuperar la grasa en forma de espuma. Sin embargo, muchas plantas utilizan clarificadores primarios con skimmers mecánicos de superficie para eliminar grasas y grasas.

Tratamiento primario

Tanques de sedimentación primarios rectangulares en una planta de tratamiento de aguas residuales en Oregon, EE.

El tratamiento primario es la "eliminación de una parte de los sólidos en suspensión y materia orgánica de las aguas residuales". Consiste en permitir que las aguas residuales pasen lentamente a través de un recipiente donde los sólidos pesados ​​pueden depositarse en el fondo mientras que el aceite, la grasa y los sólidos más livianos flotan hacia el superficie y se desnatan. Estas bases se denominan "tanques de sedimentación primaria" o " clarificadores primarios " y normalmente tienen un tiempo de retención hidráulica (TRH) de 1,5 a 2,5 horas. Los materiales sedimentados y flotantes se eliminan y el líquido restante puede descargarse o someterse a un tratamiento secundario. Los tanques de sedimentación primarios generalmente están equipados con raspadores accionados mecánicamente que conducen continuamente el lodo recolectado hacia una tolva en la base del tanque donde se bombea a las instalaciones de tratamiento de lodos.

Las plantas de tratamiento de aguas residuales que están conectadas a un sistema de alcantarillado combinado a veces tienen una disposición de derivación después de la unidad de tratamiento primaria. Esto significa que durante eventos de lluvias muy intensas, los sistemas de tratamiento secundario y terciario se pueden desviar para protegerlos de la sobrecarga hidráulica, y la mezcla de aguas residuales y aguas pluviales recibe solo tratamiento primario.

Se puede esperar que los tanques de sedimentación primaria eliminen entre el 50% y el 70% de los sólidos en suspensión y entre el 25% y el 40% de la demanda biológica de oxígeno (DBO).

Tratamiento secundario

Diagrama de flujo de proceso simplificado para una planta de tratamiento típica a gran escala que utiliza el proceso de lodos activados .

Los principales procesos involucrados en el tratamiento secundario de aguas residuales están diseñados para eliminar la mayor cantidad posible de material sólido. Utilizan procesos biológicos para digerir y eliminar el material soluble restante, especialmente la fracción orgánica. Esto se puede hacer con procesos de crecimiento suspendido o de biopelícula. Los microorganismos que se alimentan de la materia orgánica presente en las aguas residuales crecen y se multiplican, constituyendo los sólidos biológicos o biomasa. Estos crecen y se agrupan en forma de flóculos o biopelículas y, en algunos procesos específicos, como gránulos. En varios procesos de tratamiento, el flóculo biológico o biopelícula y los sólidos finos restantes pueden sedimentarse como un lodo, dejando un líquido sustancialmente libre de sólidos y con una concentración de contaminantes muy reducida.

El tratamiento secundario puede reducir la materia orgánica (medida como demanda biológica de oxígeno) de las aguas residuales, mediante procesos aeróbicos o anaeróbicos. Los organismos involucrados en estos procesos son sensibles a la presencia de materiales tóxicos, aunque no se espera que estén presentes en altas concentraciones en las aguas residuales municipales típicas.

El tratamiento secundario es la eliminación de materia orgánica biodegradable (en solución o suspensión) de las aguas residuales o tipos similares de aguas residuales . El objetivo es lograr un cierto grado de calidad del efluente en una planta de tratamiento de aguas residuales adecuada para la opción de eliminación o reutilización prevista. Un paso de " tratamiento primario " a menudo precede al tratamiento secundario, mediante el cual se usa la separación física de fases para eliminar los sólidos sedimentables . Durante el tratamiento secundario, se utilizan procesos biológicos para eliminar la materia orgánica disuelta y suspendida medida como demanda bioquímica de oxígeno (DBO). Estos procesos son realizados por microorganismos en un proceso controlado aeróbico o anaeróbico dependiendo de la tecnología de tratamiento . Las bacterias y los protozoos consumen contaminantes orgánicos solubles biodegradables (por ejemplo , azúcares , grasas y moléculas orgánicas de carbono de cadena corta de desechos humanos, desechos de alimentos , jabones y detergentes) mientras se reproducen para formar células de sólidos biológicos. El tratamiento secundario se usa ampliamente en el tratamiento de aguas residuales y también es aplicable a muchas aguas residuales agrícolas e industriales .

Tratamiento terciario

Configuración general para un sistema de microfiltración

El tratamiento avanzado de aguas residuales generalmente implica tres etapas principales, llamadas tratamiento primario, secundario y terciario, pero también puede incluir etapas intermedias y procesos de pulido final. El propósito del tratamiento terciario (también llamado "tratamiento avanzado") es proporcionar una etapa de tratamiento final para mejorar aún más la calidad del efluente antes de que se descargue al cuerpo de agua receptor o se reutilice. Se puede utilizar más de un proceso de tratamiento terciario en cualquier planta de tratamiento. Si se practica la desinfección, siempre es el proceso final. También se denomina "pulido de efluentes". El tratamiento terciario puede incluir la eliminación de nutrientes biológicos (alternativamente, esto puede clasificarse como tratamiento secundario), la desinfección y eliminación de microcontaminantes, como contaminantes farmacéuticos ambientales persistentes .

El tratamiento terciario se define a veces como algo más que un tratamiento primario y secundario para permitir la descarga en un ecosistema muy sensible o frágil , como estuarios , ríos de bajo caudal o arrecifes de coral . El agua tratada a veces se desinfecta química o físicamente (por ejemplo, mediante lagunas y microfiltración ) antes de descargarla en un arroyo , río , bahía , laguna o humedal , o se puede utilizar para el riego de un campo de golf, vía verde o parque. Si está suficientemente limpio, también se puede utilizar para la recarga de aguas subterráneas o con fines agrícolas.

La filtración de arena elimina gran parte de la materia residual en suspensión. La filtración sobre carbón activado , también llamada adsorción de carbón, elimina las toxinas residuales . También se utilizan microfiltración o membranas sintéticas , por ejemplo, en biorreactores de membrana que también eliminan patógenos.

El asentamiento y la mejora biológica adicional de las aguas residuales tratadas pueden lograrse mediante el almacenamiento en grandes estanques o lagunas artificiales. Estas lagunas son altamente aeróbicas y a menudo se fomenta la colonización por macrófitos nativos , especialmente juncos.

Desinfección

Se puede intentar la desinfección de las aguas residuales tratadas para matar patógenos (microorganismos causantes de enfermedades) antes de su eliminación, y es cada vez más eficaz después de que se hayan completado más elementos de la secuencia de tratamiento anterior. El propósito de la desinfección en el tratamiento de aguas residuales es reducir sustancialmente el número de patógenos en el agua que se va a descargar al medio ambiente o reutilizar. La efectividad de la desinfección depende de la calidad del agua que se está tratando (por ejemplo , turbidez , pH, etc.), el tipo de desinfección que se usa, la dosis de desinfectante (concentración y tiempo) y otras variables ambientales. El agua con alta turbidez se tratará con menos éxito, ya que la materia sólida puede proteger a los organismos, especialmente de la luz ultravioleta o si los tiempos de contacto son bajos. Por lo general, los tiempos de contacto cortos, las dosis bajas y los flujos altos van en contra de una desinfección eficaz. Los métodos comunes de desinfección incluyen ozono , cloro , luz ultravioleta o hipoclorito de sodio . La monocloramina , que se utiliza para el agua potable, no se utiliza en el tratamiento de aguas residuales debido a su persistencia.

La cloración sigue siendo la forma más común de desinfección de aguas residuales tratadas en muchos países debido a su bajo costo y su larga historia de efectividad. Una desventaja es que la cloración de material orgánico residual puede generar compuestos orgánicos clorados que pueden ser cancerígenos o dañinos para el medio ambiente. El cloro o las cloraminas residuales también pueden clorar material orgánico en el medio acuático natural. Además, debido a que el cloro residual es tóxico para las especies acuáticas, el efluente tratado también debe declorarse químicamente, lo que aumenta la complejidad y el costo del tratamiento.

Se puede usar luz ultravioleta (UV) en lugar de cloro, yodo u otros químicos. Debido a que no se utilizan productos químicos, el agua tratada no tiene ningún efecto adverso sobre los organismos que luego la consumen, como puede ser el caso de otros métodos. La radiación ultravioleta daña la estructura genética de bacterias, virus y otros patógenos , haciéndolos incapaces de reproducirse. Las desventajas clave de la desinfección UV son la necesidad de un mantenimiento y reemplazo frecuente de la lámpara y la necesidad de un efluente altamente tratado para garantizar que los microorganismos objetivo no estén protegidos de la radiación UV (es decir, cualquier sólido presente en el efluente tratado puede proteger a los microorganismos de la radiación ultravioleta). la luz ultravioleta). En muchos países, la luz ultravioleta se está convirtiendo en el medio más común de desinfección debido a las preocupaciones sobre los impactos del cloro en la cloración de orgánicos residuales en las aguas residuales tratadas y en la cloración de orgánicos en el agua receptora.

El ozono ( O 3 ) se genera al pasar oxígeno ( O 2 ) a través de un potencial de alto voltaje, lo que hace que un tercer átomo de oxígeno se adhiera y forme O 3 . El ozono es muy inestable y reactivo y oxida la mayor parte del material orgánico con el que entra en contacto, destruyendo así muchos microorganismos patógenos. Se considera que el ozono es más seguro que el cloro porque, a diferencia del cloro que debe almacenarse en el lugar (muy venenoso en caso de una liberación accidental), el ozono se genera en el lugar según sea necesario a partir del oxígeno del aire ambiente. La ozonización también produce menos subproductos de desinfección que la cloración. Una desventaja de la desinfección con ozono es el alto costo del equipo de generación de ozono y los requisitos para operadores especiales. El tratamiento de aguas residuales con ozono requiere el uso de un generador de ozono , que descontamina el agua a medida que las burbujas de ozono se filtran a través del tanque.

Las membranas también pueden ser desinfectantes eficaces, porque actúan como barreras, evitando el paso de los microorganismos. Como resultado, el efluente final puede estar desprovisto de organismos patógenos, dependiendo del tipo de membrana utilizada. Este principio se aplica en biorreactores de membrana .

Eliminación de nutrientes biológicos

Tanque de proceso de nitrificación en una planta de lodos activados en Estados Unidos.

Las aguas residuales pueden contener altos niveles de nutrientes, nitrógeno y fósforo . Los valores típicos para las cargas de nutrientes por persona y las concentraciones de nutrientes en las aguas residuales sin tratar en los países en desarrollo se han publicado de la siguiente manera: 8 g / persona / d para nitrógeno total (45 mg / L), 4,5 g / persona / d para amoniaco -N (25 mg / L) y 1.0 g / persona / d para fósforo total (7 mg / L). Los rangos típicos para estos valores son: 6-10 g / persona / día para nitrógeno total (35-60 mg / L), 3.5-6 g / persona / día para amoníaco-N (20-35 mg / L) y 0.7 -2,5 g / persona / día de fósforo total (4-15 mg / L).

La liberación excesiva al medio ambiente puede conducir a la contaminación de nutrientes , que puede manifestarse en eutrofización . Este proceso puede conducir a la proliferación de algas , un rápido crecimiento y posterior descomposición en la población de algas. Además de causar desoxigenación, algunas especies de algas producen toxinas que contaminan los suministros de agua potable.

El nitrógeno amoniacal, en forma de amoniaco libre (NH 3 ), es tóxico para los peces. El nitrógeno amoniacal, cuando se convierte en nitrito y luego en nitrato en un cuerpo de agua, en el proceso de nitrificación, se asocia con el consumo de oxígeno disuelto. El nitrito y el nitrato también pueden tener importancia para la salud pública si las concentraciones son altas en el agua potable , debido a una enfermedad llamada metahemoglobinemia .

La eliminación de fósforo es importante ya que el fósforo es un nutriente limitante para el crecimiento de algas en muchos sistemas de agua dulce. Por tanto, un exceso de fósforo puede provocar eutrofización. También es particularmente importante para los sistemas de reutilización de agua donde las altas concentraciones de fósforo pueden provocar la contaminación de los equipos aguas abajo, como la ósmosis inversa .

Hay una variedad de procesos de tratamiento disponibles para eliminar nitrógeno y fósforo. La eliminación de nutrientes biológicos (BNR) es considerada por algunos como un tipo de proceso de tratamiento secundario, y por otros como un proceso de tratamiento terciario (o "avanzado").

Remoción de nitrógeno

Humedales construidos (flujo vertical) para el tratamiento de aguas residuales cerca de Shanghai , China.

El nitrógeno se elimina mediante la oxidación biológica del nitrógeno del amoníaco a nitrato ( nitrificación ), seguida de la desnitrificación , la reducción del nitrato a nitrógeno gaseoso. El gas nitrógeno se libera a la atmósfera y, por lo tanto, se elimina del agua.

La nitrificación en sí es un proceso aeróbico de dos pasos, cada paso facilitado por un tipo diferente de bacteria. La oxidación del amoníaco (NH 4 + ) a nitrito (NO 2 - ) es facilitada con mayor frecuencia por bacterias como Nitrosomonas spp. ("nitroso" se refiere a la formación de un grupo funcional nitroso ). La oxidación del nitrito a nitrato (NO 3 - ), aunque tradicionalmente se cree que es facilitada por Nitrobacter spp. (nitro refiriéndose a la formación de un grupo funcional nitro ), ahora se sabe que es facilitado en el medio ambiente predominantemente por Nitrospira spp.

La desnitrificación requiere condiciones anóxicas para estimular la formación de las comunidades biológicas apropiadas. "Condiciones anóxicas" se refiere a una situación en la que no hay oxígeno pero hay nitrato. La desnitrificación se ve facilitada por una amplia diversidad de bacterias. El proceso de lodos activados , los filtros de arena , los estanques de estabilización de desechos , los humedales artificiales y otros procesos pueden utilizarse para reducir el nitrógeno. Dado que la desnitrificación es la reducción de nitrato a gas dinitrógeno (nitrógeno molecular), se necesita un donante de electrones . Esto puede ser, dependiendo de las aguas residuales, materia orgánica (de las propias aguas residuales), sulfuro o un donante añadido como el metanol . Los lodos en los tanques anóxicos (tanques de desnitrificación) deben mezclarse bien (mezcla de licor mixto recirculado, lodos activados de retorno y afluente crudo), por ejemplo, utilizando mezcladores sumergibles para lograr la desnitrificación deseada.

Con el tiempo, han evolucionado diferentes configuraciones de tratamiento para los procesos de lodos activados para lograr altos niveles de eliminación de nitrógeno. Un esquema inicial, el Proceso Ludzack-Ettinger, colocó una zona de tratamiento anóxico antes del tanque de aireación y el clarificador, utilizando el lodo activado de retorno (RAS) del clarificador como fuente de nitrato. Las aguas residuales (crudas o efluentes de la clarificación primaria) sirven como fuente de electrones para que las bacterias facultativas metabolicen el carbono, utilizando el nitrato inorgánico como fuente de oxígeno en lugar de oxígeno molecular disuelto. Este esquema de desnitrificación estaba naturalmente limitado a la cantidad de nitrato soluble presente en el RAS. La reducción de nitratos fue limitada porque la tasa de RAS está limitada por el desempeño del clarificador.

El "Proceso Ludzak-Ettinger modificado" (MLE) es una mejora del concepto original, ya que recicla el licor mezclado desde el extremo de descarga del tanque de aireación hasta la cabeza del tanque anóxico para proporcionar una fuente constante de nitrato soluble para los facultativos. bacterias. En este caso, las aguas residuales sin tratar continúan proporcionando la fuente de electrones, y la mezcla subterránea mantiene a las bacterias en contacto tanto con la fuente de electrones como con el nitrato soluble en ausencia de oxígeno disuelto.

Hay otras configuraciones de proceso, incluidos los tanques anóxicos antes y después de los tanques de aireación, como las variaciones del proceso Bardenpho.

Eliminación de fósforo

Los estudios de las aguas residuales de los Estados Unidos a fines de la década de 1960 estimaron contribuciones per cápita promedio de 500 gramos (18 oz) en orina y heces, 1,000 gramos (35 oz) en detergentes sintéticos y cantidades menores variables utilizadas como químicos para el control de la corrosión y las incrustaciones en los suministros de agua . El control de la fuente a través de formulaciones de detergentes alternativas ha reducido posteriormente la mayor contribución, pero, naturalmente, el contenido de fósforo de la orina y las heces se mantuvo sin cambios.

El fósforo se puede eliminar biológicamente en un proceso llamado eliminación biológica mejorada de fósforo . En este proceso, bacterias específicas, llamadas organismos acumuladores de polifosfato (PAO), se enriquecen selectivamente y acumulan grandes cantidades de fósforo dentro de sus células (hasta el 20 por ciento de su masa).

La eliminación del fósforo también se puede lograr mediante precipitación química , generalmente con sales de hierro (por ejemplo, cloruro férrico ) o aluminio (por ejemplo, alumbre ) o cal. Esto puede conducir a una mayor producción de lodos a medida que precipitan los hidróxidos y los productos químicos añadidos pueden ser costosos. La eliminación de fósforo químico requiere una huella de equipo significativamente menor que la eliminación biológica, es más fácil de operar y, a menudo, es más confiable que la eliminación de fósforo biológico. Otro método para eliminar el fósforo es utilizar laterita granular o zeolita .

Algunos sistemas utilizan tanto la eliminación biológica de fósforo como la eliminación química de fósforo. La eliminación química de fósforo en esos sistemas puede usarse como un sistema de respaldo, para usar cuando la eliminación biológica de fósforo no está eliminando suficiente fósforo, o puede usarse continuamente. En cualquier caso, el uso de eliminación de fósforo tanto biológica como química tiene la ventaja de no aumentar la producción de lodos tanto como la eliminación de fósforo químico por sí sola, con la desventaja del mayor costo inicial asociado con la instalación de dos sistemas diferentes.

Una vez eliminado, el fósforo, en forma de lodos de depuradora ricos en fosfato , puede enviarse a un vertedero o utilizarse como fertilizante en mezcla con otros lodos de depuradora digeridos. En el último caso, los lodos de depuradora tratados también se denominan a veces biosólidos.

Cuarta etapa de tratamiento

Los microcontaminantes tales como productos farmacéuticos, ingredientes de productos químicos domésticos, productos químicos utilizados en pequeñas empresas o industrias, contaminantes farmacéuticos persistentes ambientales (EPPP) o pesticidas pueden no eliminarse en los procesos de tratamiento de aguas residuales comúnmente utilizados (tratamiento primario, secundario y terciario) y, por lo tanto, conducen a la contaminación del agua. Aunque las concentraciones de esas sustancias y sus productos de descomposición son bastante bajas, todavía existe la posibilidad de dañar a los organismos acuáticos. Para los productos farmacéuticos , las siguientes sustancias se han identificado como "toxicológicamente relevantes": sustancias con efectos de alteración endocrina , sustancias genotóxicas y sustancias que mejoran el desarrollo de resistencias bacterianas . Pertenecen principalmente al grupo de EPPP.

Las técnicas para la eliminación de microcontaminantes a través de una cuarta etapa de tratamiento durante el tratamiento de aguas residuales se implementan en Alemania, Suiza, Suecia y los Países Bajos y se están realizando pruebas en varios otros países. Estos pasos del proceso consisten principalmente en filtros de carbón activado que adsorben los microcontaminantes. La combinación de oxidación avanzada con ozono seguida de carbón activado granular (GAC) se ha sugerido como una combinación de tratamiento rentable para los residuos farmacéuticos. Para una reducción completa de los microplastos, se ha sugerido la combinación de ultrafiltración seguida de GAC. También se está investigando el uso de enzimas como la lacasa secretada por hongos. Las células de biocombustible microbiano se investigan por su propiedad para tratar la materia orgánica en las aguas residuales.

Para reducir los productos farmacéuticos en los cuerpos de agua, también se están investigando medidas de "control de la fuente", como innovaciones en el desarrollo de fármacos o un manejo más responsable de los mismos. En los EE. UU., La Iniciativa Nacional de Recuperación es un programa voluntario con el público en general, que alienta a las personas a devolver los medicamentos en exceso o vencidos y evitar tirarlos al sistema de alcantarillado.

Tratamiento y eliminación de lodos

Deshidratación mecánica de lodos de depuradora con centrifugadora en una gran planta de tratamiento de aguas residuales (Planta de Tratamiento de Arrudas, Belo Horizonte , Brasil)

El tratamiento de lodos de depuradora describe los procesos utilizados para gestionar y eliminar los lodos de depuradora producidos durante el tratamiento de las aguas residuales. El lodo es principalmente agua con algunas cantidades de material sólido extraídas de las aguas residuales líquidas. El lodo primario incluye sólidos sedimentables removidos durante el tratamiento primario en clarificadores primarios . Los lodos secundarios son lodos separados en clarificadores secundarios que se utilizan en biorreactores de tratamiento secundario o procesos que utilizan agentes oxidantes inorgánicos . En los procesos intensivos de tratamiento de aguas residuales, en su mayoría aeróbicos (como el proceso de lodos activados ), los lodos se eliminan de forma continua o frecuente de la línea de líquido para mantener el equilibrio de los procesos de tratamiento: la producción de lodos debe ser aproximadamente igual a la eliminación de lodos. El lodo extraído de la línea de líquido pasa a la línea de tratamiento de lodos. Por otro lado, en los procesos de tratamiento extensivo (natural), como estanques y humedales artificiales , el lodo producido permanece acumulado en las unidades de tratamiento, y solo se retira después de varios años de operación.

El tratamiento de lodos se centra en reducir el peso y el volumen de los lodos para reducir los costos de transporte y eliminación, y en reducir los riesgos potenciales para la salud de las opciones de eliminación. La eliminación de agua es el medio principal de reducción de peso y volumen, mientras que la destrucción de patógenos se logra con frecuencia mediante el calentamiento durante la digestión termofílica, el compostaje o la incineración . La elección de un método de tratamiento de lodos depende del volumen de lodo generado y de la comparación de los costos de tratamiento necesarios para las opciones de eliminación disponibles. El secado al aire y el compostaje pueden resultar atractivos para las comunidades rurales, mientras que la disponibilidad limitada de tierra puede hacer que la digestión aeróbica y la deshidratación mecánica sean preferibles para las ciudades, y las economías de escala pueden fomentar alternativas de recuperación de energía en las áreas metropolitanas.

Impactos ambientales

Las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden tener efectos significativos sobre el estado biótico de las aguas receptoras y pueden causar cierta contaminación del agua, especialmente si el proceso de tratamiento utilizado es solo básico. Por ejemplo, para las plantas de tratamiento de aguas residuales sin remoción de nutrientes, la eutrofización de los cuerpos de agua receptores puede ser un problema.


La contaminación del agua (o contaminación acuática) es la contaminación de los cuerpos de agua , generalmente como resultado de actividades humanas, de tal manera que afecta negativamente sus usos legítimos. La contaminación del agua reduce la capacidad de la masa de agua para proporcionar los servicios ecosistémicos que de otro modo proporcionaría. Los cuerpos de agua incluyen, por ejemplo , lagos , ríos , océanos , acuíferos , embalses y aguas subterráneas . La contaminación del agua se produce cuando se introducen contaminantes en estos cuerpos de agua. Por ejemplo, la liberación de aguas residuales tratadas inadecuadamente en aguas naturales puede conducir a la degradación de estos ecosistemas acuáticos . Todas las plantas y organismos que viven o están expuestos a cuerpos de agua contaminados pueden verse afectados. Los efectos pueden dañar especies individuales e impactar las comunidades biológicas naturales de las que forman parte. La contaminación del agua también puede provocar enfermedades transmitidas por el agua para las personas que utilizan agua contaminada para beber, bañarse, lavarse o regar .
El efluente tratado de la planta de tratamiento de aguas residuales en Děčín , República Checa, se vierte a las aguas superficiales.

Reutilizar

Lechos de secado de lodos para el tratamiento de lodos de depuradora en una pequeña planta de tratamiento en el Centro de Investigación y Capacitación en Saneamiento, Belo Horizonte , Brasil.

Riego

Cada vez más, las personas utilizan aguas residuales tratadas o incluso sin tratar para el riego para producir cultivos. Las ciudades ofrecen mercados lucrativos para los productos frescos, por lo que son atractivas para los agricultores. Debido a que la agricultura tiene que competir por los recursos hídricos cada vez más escasos con la industria y los usuarios municipales, a menudo los agricultores no tienen otra alternativa que utilizar agua contaminada con aguas residuales directamente para regar sus cultivos. Puede haber riesgos importantes para la salud relacionados con el uso de agua cargada de patógenos de esta manera. La Organización Mundial de la Salud elaboró ​​directrices para el uso seguro de las aguas residuales en 2006. Abogan por un enfoque de "barreras múltiples" para el uso de aguas residuales, en el que se anima a los agricultores a adoptar diversas conductas de reducción de riesgos. Estos incluyen suspender el riego unos días antes de la cosecha para permitir que los patógenos mueran a la luz del sol, aplicar agua con cuidado para que no contamine las hojas que probablemente se comerán crudas, limpiar las verduras con desinfectante o permitir que los lodos fecales utilizados en la agricultura se sequen antes de usarse. como abono humano.

Tanque circular de sedimentación secundaria en la planta de tratamiento de aguas residuales de lodos activados en la Planta de Tratamiento de Arrudas, Belo Horizonte , Brasil.

Agua regenerada

La recuperación de agua (también llamada reutilización o reciclaje de agua) es el proceso de convertir las aguas residuales municipales ( aguas residuales) o aguas residuales industriales en agua que se puede reutilizar para una variedad de propósitos. Los tipos de reutilización incluyen: reutilización urbana, reutilización agrícola (riego), reutilización ambiental, reutilización industrial, reutilización potable planificada, reutilización de facto de aguas residuales (reutilización potable no planificada). Por ejemplo, la reutilización puede incluir el riego de jardines y campos agrícolas o la reposición de aguas superficiales y subterráneas (es decir, recarga de aguas subterráneas ). El agua reutilizada también puede destinarse a satisfacer ciertas necesidades en residencias (por ejemplo, la descarga de inodoros ), negocios e industria, e incluso podría tratarse para alcanzar los estándares de agua potable . La reutilización de aguas residuales municipales tratadas para riego es una práctica establecida desde hace mucho tiempo, especialmente en los países áridos . La reutilización de las aguas residuales como parte de la gestión sostenible del agua permite que el agua siga siendo una fuente alternativa de agua para las actividades humanas. Esto puede reducir la escasez y aliviar las presiones sobre las aguas subterráneas y otros cuerpos de agua naturales.

Situación global

Proporción de aguas residuales domésticas tratadas de forma segura (en 2018)

Antes del siglo XX en Europa, las alcantarillas solían descargarse en un cuerpo de agua como un río, lago u océano. No hubo tratamiento, por lo que la descomposición de los desechos humanos se dejó al ecosistema . Esto podría conducir a resultados satisfactorios si la capacidad de asimilación del ecosistema es suficiente, lo que hoy en día no es frecuente debido al aumento de la densidad de población.

Hoy en día, la situación en las áreas urbanas de los países industrializados suele ser que las alcantarillas dirigen su contenido a una planta de tratamiento de aguas residuales en lugar de directamente a un cuerpo de agua. En muchos países en desarrollo , sin embargo, la mayor parte de las aguas residuales municipales e industriales se vierte a los ríos y al océano sin ningún tratamiento o después de un tratamiento preliminar o tratamiento primario únicamente. Hacerlo puede provocar la contaminación del agua . Existen pocas cifras confiables sobre la proporción de aguas residuales recolectadas en alcantarillas que están siendo tratadas en el mundo. Una estimación global del PNUD y ONU-Hábitat en 2010 fue que el 90% de todas las aguas residuales generadas se liberan al medio ambiente sin tratamiento. Un estudio más reciente en 2021 estimó que, a nivel mundial, alrededor del 52% de las aguas residuales se tratan. Sin embargo, las tasas de tratamiento de aguas residuales son muy desiguales para diferentes países del mundo. Por ejemplo, mientras que los países de ingresos altos tratan aproximadamente el 74% de sus aguas residuales, los países en desarrollo tratan un promedio de solo el 4,2%.

El Programa Conjunto de Monitoreo (JMP) para el Abastecimiento de Agua y el Saneamiento de la OMS y UNICEF informó en 2021 que el 82% de las personas con conexiones de alcantarillado están conectadas a plantas de tratamiento de aguas residuales que brindan al menos un tratamiento secundario; sin embargo, este valor varía ampliamente entre las regiones. Por ejemplo, en Europa, América del Norte, África del Norte y Asia Occidental, un total de 31 países tenían un tratamiento de aguas residuales universal (> 99%). Sin embargo, en Albania, Bermudas, Macedonia del Norte y Serbia "menos del 50% de las aguas residuales cloacales recibieron un tratamiento secundario o mejor" y en Argelia, Líbano y Libia el valor fue inferior al 20% de las aguas residuales cloacales que estaban siendo tratadas. El informe también encontró que "a nivel mundial, 594 millones de personas tienen conexiones de alcantarillado que no reciben suficiente tratamiento. Muchas más están conectadas a plantas de tratamiento de aguas residuales que no brindan un tratamiento efectivo ni cumplen con los requisitos de efluentes".

Objetivos globales

El Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 tiene una Meta 6.3 que está formulada de la siguiente manera: "Para 2030, mejorar la calidad del agua reduciendo la contaminación, eliminando los vertidos y minimizando la liberación de productos químicos y materiales peligrosos, reduciendo a la mitad la proporción de aguas residuales sin tratar y aumentando sustancialmente el reciclaje y la reutilización segura a nivel mundial . " El indicador 6.3.1 correspondiente es la "proporción de aguas residuales tratadas de forma segura".

Los datos de 2020 mostraron que todavía hay demasiadas aguas residuales domésticas sin recolectar: ​​solo el 66% de todos los flujos de aguas residuales domésticas se recolectaron en instalaciones de tratamiento en 2020 (esto se determina a partir de datos de 128 países). Basado en datos de 42 países en 2015, el informe indicó que "el 32 por ciento de todos los flujos de aguas residuales generados a partir de fuentes puntuales recibieron al menos algún tratamiento". En el caso de las aguas residuales que de hecho se han recogido en plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas, alrededor del 79% pasó a ser tratado de forma segura en 2020.

Historia

La historia del tratamiento de aguas residuales tuvo los siguientes desarrollos: Comenzó con la aplicación a la tierra ( granjas de aguas residuales ) en la década de 1840 en Inglaterra, seguido por el tratamiento químico y la sedimentación de las aguas residuales en tanques, luego el tratamiento biológico a fines del siglo XIX, lo que llevó al desarrollo de el proceso de lodos activados a partir de 1912.

No fue hasta finales del siglo XIX que fue posible tratar las aguas residuales descomponiendo biológicamente los componentes orgánicos mediante el uso de microorganismos y eliminando los contaminantes. El tratamiento de la tierra también se estaba volviendo cada vez menos factible, a medida que las ciudades crecían y el volumen de aguas residuales producidas ya no podía ser absorbido por las tierras agrícolas de las afueras.

Edward Frankland realizó experimentos en la granja de aguas residuales en Croydon , Inglaterra, durante la década de 1870 y pudo demostrar que la filtración de aguas residuales a través de grava porosa producía un efluente nitrificado (el amoníaco se convertía en nitrato) y que el filtro permanecía sin obstrucciones durante largos períodos de tiempo. tiempo. Esto estableció la entonces revolucionaria posibilidad del tratamiento biológico de las aguas residuales utilizando un lecho de contacto para oxidar los residuos. Este concepto fue adoptado por el químico jefe de la Junta de Obras Metropolitana de Londres , William Libdin, en 1887:

... con toda probabilidad la verdadera forma de depurar las aguas residuales ... será primero separar los lodos y luego convertirlos en efluentes neutros ... retenerlos por un período suficiente, tiempo durante el cual deben airearse completamente, y finalmente descargarlo en el arroyo en una condición purificada. De hecho, esto es lo que se pretende y se logra imperfectamente en una granja de aguas residuales.
De 1885 a 1891 se construyeron filtros que funcionaban con este principio en todo el Reino Unido y la idea también se retomó en los EE. UU. En la Estación Experimental Lawrence en Massachusetts , donde se confirmó el trabajo de Frankland. En 1890, el LES desarrolló un " filtro de goteo " que proporcionó un rendimiento mucho más confiable.

Normativas

En la mayoría de los países, la recolección y el tratamiento de aguas residuales están sujetos a regulaciones y estándares locales y nacionales .

Por país

Visión general

Europa

La Directiva de tratamiento de aguas residuales urbanas (título completo "Directiva del Consejo 91/271 / CEE de 21 de mayo de 1991 relativa al tratamiento de aguas residuales urbanas") es una directiva de la Unión Europea relativa a la recogida de aguas residuales urbanas, el tratamiento de aguas residuales y su vertido, así como el tratamiento y vertido de "aguas residuales de determinados sectores industriales". Fue adoptado el 21 de mayo de 1991. Tiene como objetivo "proteger el medio ambiente de los efectos adversos de los vertidos de aguas residuales urbanas y los vertidos de determinados sectores industriales" mediante la ordenación de la recogida y el tratamiento de aguas residuales en aglomeraciones urbanas con una población equivalente a más de 2000, y tratamiento más avanzado en lugares con una población equivalente superior a 10.000 en zonas sensibles.

Asia

India

En India, las regulaciones de tratamiento de aguas residuales dependen de tres instituciones centrales: "El Ministerio de Medio Ambiente, Bosques y Cambio Climático (MoEF & CC), el Ministerio de Vivienda y Asuntos Urbanos (MoHUA) y el recientemente formado Ministerio de Jal Shakti". Las diversas políticas de agua y saneamiento, como la "Política Nacional de Medio Ambiente 2006" y la "Política Nacional de Saneamiento 2008", también establecen regulaciones para el tratamiento de aguas residuales. Los gobiernos estatales y los municipios locales son responsables de la eliminación de las aguas residuales y la construcción y mantenimiento de la "infraestructura de alcantarillado". Sus esfuerzos están respaldados por esquemas ofrecidos por el Gobierno de la India, como el Plan Nacional de Conservación del Río, la Misión Nacional de Renovación Urbana Jawaharlal Nehru, el Plan Nacional de Conservación del Lago. A través del Ministerio de Medio Ambiente y Bosques, el gobierno de la India también ha establecido incentivos que alientan a las industrias a establecer "instalaciones comunes" para realizar el tratamiento de las aguas residuales.

Japón

Actualmente, los métodos japoneses de tratamiento de aguas residuales incluyen alcantarillado de comunidades rurales, instalaciones de aguas residuales y sistemas de tratamiento in situ como el sistema Johkasou para tratar aguas residuales domésticas. Las instalaciones de aguas residuales y los sistemas de alcantarillado más grandes se utilizan generalmente para tratar las aguas residuales en áreas más urbanas con una población más grande. Los sistemas de alcantarillado rurales se utilizan para tratar las aguas residuales en plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas más pequeñas para una población más pequeña. Los sistemas Johkasou ( jōkasō) son tanques de sistemas de tratamiento de aguas residuales in situ. Se utilizan para tratar las aguas residuales de un solo hogar o para tratar las aguas residuales de un pequeño número de edificios de una manera más descentralizada que un sistema de alcantarillado.

África

Libia

En Libia, el tratamiento de las aguas residuales municipales lo gestiona la empresa general de agua y aguas residuales en Libia, que es competencia del Ministerio de Vivienda y Servicios Públicos. Hay aproximadamente 200 plantas de tratamiento de aguas residuales en todo el país, pero pocas plantas están funcionando. De hecho, las 36 plantas más grandes se encuentran en las principales ciudades; sin embargo, solo nueve de ellos están operativos y el resto están en reparación.

Las plantas de tratamiento de aguas residuales operativas más grandes están ubicadas en Sirte, Trípoli y Misurata, con una capacidad de diseño de 21.000, 110.000 y 24.000 m3 / día, respectivamente. Además, la mayoría de las instalaciones de aguas residuales restantes son plantas pequeñas y medianas con una capacidad de diseño de aproximadamente 370 a 6700 m3 / día. Por lo tanto, 145.800 m3 / día o el 11 por ciento de las aguas residuales son realmente tratadas, y el resto se vierte al océano y a las lagunas artificiales aunque no se tratan. De hecho, las plantas de tratamiento de aguas residuales que no funcionan en Trípoli provocan un derrame de más de 1.275.000 metros cúbicos de agua sin procesar en el océano todos los días.

Américas

Estados Unidos

La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) y las agencias ambientales estatales establecen estándares de aguas residuales bajo la Ley de Agua Limpia . Las fuentes puntuales deben obtener permisos de descarga de aguas superficiales a través del Sistema Nacional de Eliminación de Descargas de Contaminantes (NPDES). Las fuentes puntuales incluyen instalaciones industriales, gobiernos municipales (plantas de tratamiento de aguas residuales y sistemas de alcantarillado pluvial ), otras instalaciones gubernamentales como bases militares y algunas instalaciones agrícolas , como corrales de engorde de animales . La EPA establece estándares nacionales básicos de aguas residuales: el "Reglamento de tratamiento secundario" se aplica a las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales y las " Directrices sobre efluentes ", que son reglamentos para categorías de instalaciones industriales.

Ver también

Referencias

enlaces externos