Estas son las etapas del proceso de tratamiento de aguas residuales

Las aguas residuales son cualquier tipo de recurso hídrico, cuya calidad se ha visto afectada por la actividad antropogénica del hombre. Estas aguas son el resultado del desarrollo de las actividades cotidianas de subsistencia humana, pudiendo contener desde simples residuos contaminantes hasta agentes contaminantes tóxicos que pueden representar un peligro de mortandad para quienes ingesten o hagan uso inapropiado de tales aguas.

La reutilización de las aguas residuales es un planteamiento muy atractivo para la protección del medio ambiente, debido a que permite el aprovechamiento de recursos naturales para el desarrollo humano e impide el derroche indiscriminado de tan vital recurso en la vida humana.

La escasez de agua dulce como consecuencia del crecimiento demográfico y el cambio climático, ha dado lugar a la implementación de tan loable propuesta ecológica en el desarrollo económico e industrial de la vida en sociedad, siendo la agricultura y acuicultura como esas actividades de subsistencia humana que ha apostado a la reutilización de aguas residuales con un bajo grado de contaminación y/o presencia de elementos toxicológicos como una medida de ahorro de agua, considerando que se deben aplicar buenas practicas de manejos para que esta medida produzca un real impacto positivo en la salud pública.

El tratamiento de aguas residuales es de suma importancia, en el desarrollo de estrategias ambientales que velen y resguarden los recursos hídricos existentes como también el ecosistema que les rodea, puesto que es imprescindible la optima depuración de tales aguas antes de encausadas nuevamente en los diferentes reservas hidrológicas naturales en las mejores condiciones posibles.

El vertimiento de las aguas residuales en causes hidrológicos sin el respectivo tratamiento puede conllevar a la destrucción total de la fauna y flora acuífera y/o marina, debido a la imperante presencia de químicos y materia orgánica en ellas, ocasionando un severo daño al medio ambiente como también a la calidad de vida de la población, ya que no solo significaría la inutilización intencional permanente de espacios naturales para la recreación, sino también la perdida de millones de litros de agua que pudiesen haber sido destinados al consumo humano para el desarrollo de diversas actividades económicas y de subsistencia humana.

En pleno siglo XXI con los imponentes avances tecnológicos en materia de saneamiento de aguas residuales, aún existen rincones de la geografía global donde se aplican tales prácticas tan poco ortodoxas como dañinas.

El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos, que tienen como finalidad la eliminación de los agentes contaminantes indeseables en el agua efluente del uso humano, los cuales se llevan a cabo de través de plantas depuradoras en instalaciones hidráulicas e industriales.

Este conjunto de procesos, métodos y operaciones debe ejecutarse bajo la supervisión de las autoridades locales, quienes deben velar bajo cualquier concepto que estos procesos se desarrollen con la mayor amabilidad hacia el medio ambiente y de la manera más optima para el beneficio de la salud pública, considerando que estas aguas deben tener la mayor calidad, en función de la aplicación en el desarrollo humano.

Este proceso de tratamiento o depuración de aguas residuales, se divide en 4 etapas tales como preliminar o pre-tratamiento, primera, secundaria y terciaria, destacando que el agua residual es traslada mediante la red de tuberías, cloacas y desagües publicas hasta tales instalaciones, donde es dejada en reposo de 24 a 48 horas, antes de recibir el respectivo tratamiento. Tales etapas son las siguientes:

Etapa preliminar:

Se define como preliminar porque es la “antesala” del tratamiento de depuración que recibirán las aguas residuales debido a que cumple con las funciones de medir y regular el caudal de agua que ingresa a la planta como también de extraer los sólidos flotantes grandes, la arena y la grasa, destacando que la eliminación de estos agentes indeseables se suscita mediante un proceso de filtración, el cual es necesario para el normal desarrollo de esta fase.

Durante esta etapa, el agua residual es acondicionada para facilitar dicho tratamiento, con la finalidad de preservar la instalación de erosiones y taponamientos.

Asimismo, se puede llevar a cabo la realización de una pre-aireación, la cual permite la eliminación de compuestos volátiles presentes en el agua residual, que se caracterizan por ser malolientes y aumenta el contenido de oxigeno en el agua, lo que ayuda a la disminución de la producción de olores desagradables en las siguientes etapas del tratamiento de aguas residuales.

Etapa primaria:

Esta etapa tiene como propósito, eliminar los sólidos en suspensión a través de un proceso de sedimentación simple por gravedad o asistida por sustancias químicas tales como coagulantes y floculantes.

El agua residual se deja depositada en grande estanques decantadores y permanece retenida de 1 a 2 horas, donde serán agregados compuestos químicos tales como sales de hierro, aluminio y polielectrolitos floculantes para completar el proceso, así como producir precipitación del fósforo, los sólidos en suspensión muy finos o aquellos en estado de coloides hasta en un 70%. Este proceso se desarrolla mediante el uso de maquina hidráulica, basándose allí el reconocimiento como tratamiento mecánico.

Esta fase se subdivide en varias etapas, las cuales son las siguientes:

• Remoción de sólidos o cribados:

Se realiza mediante el cribado, donde los sólidos de gran tamaño tales como botellas, palos, bolsas, balones, llantas y demás elementos desechados en el accionar humano, son removidos, evitando problemas de averías en las plantas de tratamiento debido a que si no son removidos, pueden ocasionar el tapamiento de tuberías y severos daños a los equipos.

• Remoción de arena:

Esta fase también conocida como maceración o escaneo, incluye un canal de arena donde es controlada cuidadosamente la velocidad de las aguas residuales, permitiendo que las arenas y piedras de estas tomen partículas, aún cuando la mayoría del material orgánico se mantiene con el flujo, siendo utilizado un colector de arena para tal fin.

Al igual que en la fase de remoción de sólidos, la arena y las piedras deben ser extraídas a tiempo para prevenir daños en las bombas y demás equipos restantes del tratamiento. En algunas casos, existen baños de arena también conocidos como clasificadores de arena, los cuales seguidos por un transportador, trasladan la arena a un contenedor para su disposición, siendo el contenido del colector de arena, alimentado en el incinerador por un procesamiento de planta de fangos, pero por lo general tal arena es enviada a un terraplén.

• Investigación y Maceración:

El líquido libre de abrasivos es pasado mediante pantallas rotatorias para eliminar material flotante y materia grande como también partículas pequeñas tales como chicharos y maíz. Tales residuos son recolectados y podrán ser devueltos a la planta de tratamiento de fangos o ser dispuestos al exterior hacia campos o incineración.

Asimismo, en la maceración se cortan los sólidos en partículas pequeñas a través del uso de cuchillos rotatorios montados en un cilindro que gira, siendo utilizado en plantas que puedan procesar esta basura en partículas.

•  Sedimentación:

Se realiza en tanques rectangulares o cilíndricos, donde son removidas entre un 60% y 65% de los sólidos sedimentables y de un 30% a un 35% de los sólidos suspendidos en las aguas residuales, siendo un proceso de tipo floculento, en el cual los lodos están conformados por partículas orgánicas.

Tales tanques son llamados clarificadores primarios o tanques de sedimentación primarios, siendo lo suficientemente grandes para que los sólidos fecales puedan depositarse y el material flotante como la grasa y los plásticos puedan elevarse hacia la superficie, desnatándose allí.

Etapa secundaria:

La eliminación de la materia orgánica en disolución y en estado coloidal mediante un proceso de oxidación de naturaleza biológica como también la degradación sustancias del contenido biológico del agua residual originado por los desechos humanos, son los objetivos primordiales que se plantean durante la realización de esta etapa del proceso de tratamiento de agua residual.

La etapa secundaria se define como un proceso biológico natural, donde participan los microorganismos presentes en el agua residual y que se desarrollan en un reactor o cuba de aireación, sin contar los que también se desarrollan en menor medida en el decantador secundario.

Los procesos biológicos aerobios y anaerobios y físicos químicos tales como la floculación son parte de esta etapa del proceso de depuración de agua residual, los cuales reducen la mayor parte de la demanda biológica de oxigeno como también remueven cantidades adicionales de sólidos sedimentadles. Tale procesos se desarrollan en 6 fases y son las siguientes:

• Desbaste:

Consiste en la retención de los sólidos gruesos del agua residual a través de una reja, manual o autolimpiable, o un tamiz, habitualmente de menor paso o luz de malla. Esta operación produce una reducción de la carga contaminante a la entrada, lo cual permite la preservación de equipos tales como conducciones, bombas y válvulas, en contraparte de los depósitos y obstrucciones provocadas, por los sólidos que por lo general pueden ser muy fibrosos.

• Fangos activados:

Las plantas de fangos activos o lodos activos como también se les denomina a este proceso aerobio de biomasa suspendida, utilizan diversos mecanismos para hacer uso de oxigeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que remueven substancialmente materia orgánica como también pueden atrapar partículas de material.

Esta fase pone en contacto el agua residual con floculos biológicos previamente formados, en los que se absorbe la materia orgánica y donde es degradada por las bacterias presentes, manteniendo una determinada concentración de organismos aerobios, todo esto es llevado a cabo en una balsa aireada o tanque de aireación.

• Camas filtrantes:

Las camas filtrantes de goteo son aquellas en las que las aguas residuales son rociadas en la superficie de una profunda cama compuesta de carbón, piedra caliza o fabricada especialmente de medios plásticos, los cuales deben contener altas superficies para soportar las biopeliculas que se forman.

Su uso en el tratamiento de aguas residuales se desarrolla en plantas más antiguas o plantas receptoras de cargas variables, suscitándose, una distribución del agua mediante unos brazos perforados rotativos que irradian de un pivote central, tal contenido hídrico gotea en la cama y es recogido por los drenes en la base, los cuales 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, reduciendo o comiéndose los contenidos orgánicos.

• Placas rotativas y espirales:

Son usadas las placas o espirales de revolución lenta para el sumergimiento parcial en las aguas, creando un floculo biótico que proporciona el substrato requerido.

• Reactor biológico de cama móvil:

El MBBR según sus siglas en Ingles, asume la adición de medios inertes en vasijas de fangos activos existentes para proveer sitios activos, con la intención de reunir la biomasa, manteniendo una alta densidad de la población de biomasa e incrementando la eficiencia del sistema sin la necesidad de incrementar la concentración de licor mezclado de sólidos.

Este proceso tecnológico emplea a millones de portadores del biofilm de polietileno, el cual funciona con un movimiento de aire mezclado dentro de un lavado aireado del tratamiento de aguas residuales.

• Filtros aireados biológicos:

Los filtros anóxicos biológicos combinan la filtración con una reducción biológica de carbono, nitrificación o desnitrificación, incluyendo usualmente un reactor lleno de medios de un filtro. La finalidad de este medio es el alto soporte de la biomasa activa que se une a el y a los sólidos suspendidos en el filtro.

La reducción del carbón como la conversión de amoniaco ocurre en medio aerobio y alguna vez alcanzado en un solo reactor, mientras la conversión del nitrato ocurre en una manera anóxica.

• Reactores biológicos de membranas:

Es aquel sistema con una barrera de membrana semipermeable o en conjunto con un proceso de fangos; este se compone en 2 partes integradas unilateralmente siendo por un lado, el reactor biológico responsable de la depuración biológica y por el otro lado, la separación física de la biomasa y el agua a través de un sistema de filtración por membrana.

Su aplicación en el proceso de tratamiento de aguas residuales es diversa, destacando que esta tecnología garantiza la remoción de todos los contaminantes suspendidos y sólidos disueltos.

También permite la eliminación de la demanda química de oxigeno coloidal, ya que al no atravesar la membrana tiene un tiempo de contacto mayor con la biomasa.

Asimismo, los sistemas MBR de las elevadas concentraciones de biomasa con las que se trabaja en el reactor biológico como consecuencia de la presencia de una barrera física (membrana) que no deja escapar las bacterias, lo cual permite un control perfecto sobre la edad del fango y los parámetros principales de operación del sistema.

• Sedimentación secundaria:

Se constituye como el paso final de la etapa secundaria del proceso de tratamiento de aguas residuales, donde son retirados los floculos biológicos del material de filtro, produciendo agua tratada con bajos niveles de materia orgánica y materia suspendida.

Etapa terciaria:

Es la fase final del tratamiento de aguas residuales, en la cual se practican una serie de procesos para aumentar la calidad del agua a estándares requeridos para su descarga en ríos, mares, lagos, campos y demás cuencas hidrográficas, tales procesos son los siguientes:

• Filtración:

La filtración de arena retiene gran parte de los residuos de materia suspendida y las toxinas residuales, son retenidas por el carbón sobrante de la filtración.

• Lagunaje:

Este tratamiento de lagunas proporciona sedimentación y mejora biológica adicional por almacenaje en charcos y lagunas artificiales, tratándose de una imitación de los procesos de autodepuración que un rio o un lago, somete a las aguas residuales de forma natural.

Tales lagunas son altamente aerobias y se da a menudo a la colonización de por micrófitos nativos, especialmente cañas. Este proceso se puede realizar en grandes lagunas con largos tiempos de retención entre 1 y 3 días que les hace prácticamente insensibles a las variaciones de carga, pero que requieren terrenos muy extensos. La agitación debe ser suficiente para mantener los lodos en suspensión, excepto en la zona mas inmediata a la salida del efluente.

• Humedales artificiales:

Incluyen camas de cañas o una serie de métodos similares que proporcionan un alto grado de materia biológica aerobia y pueden utilizarse a menudo en lugar del tratamiento secundario para las poblaciones pequeñas, también para la fitorremediacion.

• Remoción de nutrientes:

 Las aguas residuales pueden contener altos índices de presencia de los nutrientes nitrógenos y fosforo, lo cual puede ser toxico para las especies de fauna marina tales como peces e invertebrados en concentraciones bajas como también puede crear condiciones insanas en el ambiente de recepción. Las algas pueden producir toxinas, su muerte y por consumo de bacterias, pudiendo agotar el oxigeno en el agua, asfixiando peces y otras especies de la vida acuática.

Ante esto, es necesario señalar que cuando se produce una descarga de los ríos a los lagos o mares bajos, los nutrientes agregados pueden causar perdidas entrópicas severas, generando la muerte de muchos peces sensibles a la contaminación en el agua.

La remoción del nitrógeno se efectúa con la oxidación biológica del nitrógeno del amoniaco a nitrato, y mediante la reducción, el nitrato se convierte en nitrógeno gaseoso que se envía a la atmósfera. Tales conversiones requieren condiciones cuidadosamente controladas para permitir la formación adecuada de comunidades biológicas.

Para desarrollar esta labor de reducción del nitrógeno son utilizados filtros de arena, las lagunas y las camas de láminas, suscitándose en algunas ocasiones que la conversión del amoniaco toxico en nitrato, se hace únicamente como tratamiento terciario.

Asimismo, la retirada del nitrógeno se efectúa biológicamente en un proceso denominado retiro biológico realizado por fósforo, en el cual las bacterias especificas llamadas organismos acumuladores de polifosfato, se enriquecen y acumulan selectivamente grandes cantidades de fósforo dentro de sus células. Esta retirada también puede realizarse por la precipitación química con sales de hierro o del aluminio.

• Desinfección:

El propósito de esta última fase del tratamiento terciario es reducir substancialmente el número de organismos vivos, que será descargada nuevamente en su cause natural. La efectividad de este proceso dependerá de la calidad del agua tratada, del tipo de desinfección que se aplique, de la dosis de desinfectante como de otras variables ambientales, constatándose en el caso del agua turbia, la cual es tratada con menor éxito puesto que la materia solida puede blindar organismos, especialmente de la luz ultravioleta o si los tiempos del contacto son bajos.

Los métodos más utilizados para la desinfección son ozono, la clorina y la luz UV, considerando que la cloramina usada para el agua potable, es distinta a la que se aplica para el tratamiento de aguas residuales debido a su persistencia.