Tratamiento de Aguas Servidas

En términos generales, una planta de tratamiento de aguas servidas se puede separar en varias etapas, comenzando con la etapa de pretratamiento que permite la eliminación de sólidos y evitar las sobrecargas hidráulicas y DBO en las crecidas. Posteriormente, se dividen en tratamiento primario, tratamiento secundario, tratamiento terciario, desinfección y tratamiento de sólidos como se muestra en la ilustración siguiente.

Una vez recolectada las aguas servidas a través de la red de alcantarillado, ingresan a la planta en un pretratamiento; donde, el objetivo principal es la eliminación de sólidos gruesos y partículas sedimentables con el objeto de evitar fallas por obstrucción en los siguientes procesos.

Posteriormente, en la etapa de tratamiento primario se procede con la disminución de las concentraciones de materia orgánica y de sólidos suspendidos. Con el tratamiento secundario se lleva a cabo la eliminación de materia orgánica y de los sólidos suspendidos. El tratamiento terciario es ocupado también para la eliminación de compuestos solubles; sin embargo, se utiliza para eliminar compuestos específicos como la eliminación de nutrientes, donde se encuentra el nitrógeno y el fósforo, junto con la eliminación de patógenos.

Finalmente, tenemos la etapa de tratamiento de lodos y la etapa de desinfección, siendo la técnica más utilizada la desinfección con cloro. En virtud de lo desarrollado en otros artículos del blog y, lo descrito anteriormente se puede elaborar la siguiente ilustración donde se asocian cada etapa de tratamiento, junto con las tecnologías de aguas servidas orientados en el mundo rural.

Pretratamiento.

En este apartado se describe de forma resumida los procesos que integran el pretratamiento, destacándose la fase de aliviadores, desbaste, desarenado, sedimentación, flotación y bombeo si fuese necesario.

a)Aliviadores de Crecidas y Estanques de Homogenización:

Estas obras permiten evitar las sobrecargas hidráulicas, de concentración de DBO y sólidos suspendidos.

b) Desbaste o rejas:

Viene siendo el primer paso antes del ingreso de una PTAS, cumpliendo con la eliminación de sólidos de tamaño mayores, con el objeto de prevenir problemas en los procesos posteriores. Este proceso se logra por medio de rejas (mecánica o automática) o tamices rotatorios (véase ilustración).

d) Flotación:

Este proceso permite eliminar las partículas en suspensión. Se logra por medio de la reducción de la velocidad del flujo o por medio de aireación (arrastradas por las burbujas de aire a la superficie). Este sistema es utilizado para eliminar por ejemplo fibras vegetales muy finas o bien gotas de aceite, grasa, jabón, corchos, etc.

Tratamiento Primario.

Los procesos primarios permiten reducir un 70% de los sólidos suspendidos, contribuyendo la eliminación por debajo del 40% de DBO5 (GIBA, Universidad de Concepción, 2018)

a) Sedimentación:

En algunas ocasiones se puede recurrir a decantadores primarios para la eliminación de partículas inferiores a 1 mm por medio del uso de la ley de gravedad. Cabe destacar que la decantación se logra por medio de 4 mecanismos (sedimentación de partículas discretas, sedimentación de partículas floculantes, sedimentación por zona y sedimentación por compresión.

Tratamiento Secundario.

Este proceso es el encargado de eliminar la materia orgánica biodegradable, junto con la materia coloidal y disuelta a través de procesos biológicos aeróbicos como anaeróbicos con el fin de transformarla en gas y biomasa. Las aguas servidas colectadas se ponen en contacto con una densa población de microorganismos apropiados en un tiempo calculado, permitiendo la descomposición y eliminación de los compuestos contaminantes. De acuerdo con lo visto en artículos relacionados existen varias tecnologías utilizadas por las empresas de servicios sanitarios urbano como del mundo rural. Estas tecnologías poseen características biológicas y procedimientos diversos diferenciado en métodos convencionales y no convencionales. Las tecnologías de método convencional están diseñadas para depurar las aguas servidas mediante procesos como la sedimentación, filtración, absorción, precipitación química, intercambio iónico, degradación biológica, etc. Esto ocurre dentro de tanques o reactores, con velocidades aceleradas debido al aporte de energía, reduciendo el espacio de las instalaciones.

Mientras tanto, la tecnología denominada no convencional se complementa con procesos propios de la naturaleza (lagunas facultativas, aeróbicas y anaeróbicas) ; lo cual, la depuración y eliminación acurren a velocidad “natural”, sin aportes de energía (GIBA, Universidad de Concepción, 2018). A continuación, se describirán las tecnologías más utilizadas.

Tecnología Convencional.

a) Fosa Séptica:

Con el objetivo de eliminar los sólidos presentes del agua, es el sistema de tratamiento más sencillo, considerado como tratamiento primario y es bastante utilizado como solución en zonas rurales.

b) Lodos Activados – Aireación Extendida:

Esta tecnología es la más utilizada en nuestro país por las plantas de tratamiento de aguas servidas. Es un proceso que emplea microorganismos aeróbicos y aquellos que tienden a formar flóculos para degradar la materia orgánica presentes en las aguas residuales e industriales. En primera instancia, las aguas pasan por un reactor biológico aireado (mecánico o difusores), donde los microorganismos degradan la materia, generando nuevos microorganismos. Una vez tratada el agua en el reactor es derivado a un sedimentador secundario, con el objeto de que los sólidos sedimenten, recirculando al reactor por medio de bombas; o bien, seguir con la línea de lodos (tratamiento de lodos o deposición final). Finalmente, el agua es llevada al proceso de desinfección con el fin de entregarlo nuevamente a la naturaleza.

c) Lagunas Aireadas:

Esta tecnología consiste en almacenar las aguas servidas durante un tiempo variable en función de la carga aplicada, junto con las condiciones climáticas, con el principal objetico de que la materia orgánica resulte degradada por medio de la actividad de los microorganismos presentes en el medio acuático. Las lagunas aireadas mecánicamente son dotadas de equipos de aireación con el propósito de introducir oxígeno a la masa líquida. A diferencia del sistema de lodo activado, esta tecnología no cuenta con recirculación de lodo.

Dentro de las lagunas aireadas se encuentra dos tipos, las Aerobia con mezcla completa, donde la potencia e la aireación es la suficiente para mantener los sólidos en suspensión y para proporcionar oxígeno disuelto en todo el volumen del líquido. El segundo tipo son las lagunas facultativas aireadas mecánicamente, donde permite suministra el oxígeno suficiente; pero no garantiza que los sólidos se mantengan suspendidos, provocando una mayor probabilidad de aparición de algas.

d) Biodiscos:

Los biodiscos o bien, conocidos como Contactores Biológicos Rotatorios (CBR) son un sistema donde la depuración del agua residual es producida por una película adherida a un material de soporte inerte; donde, los microorganismos se adhieren sobre la superficie hasta formar una película orgánica. Estos discos están distribuidos sobre un eje a una corta distancia entre ellos (véase ilustración).

Tecnología No Convencional.

A continuación, se describen las principales tecnologías no convencionales utilizadas por las operadoras sanitarias, comités y cooperativas saneadoras.

a) Escorrentía superficial:

Como se puede observar en la ilustración siguiente, este método consiste en el tratamiento de agua servidas por medio de vegetación herbácea distribuida en una superficie con pendiente entre el 2 y 8% (US EPA,2006) y, zanjas para recolectar el agua tratada. El proceso es alternado entre riego y secado, presentando una duración variable dependiendo de la eficacia del tratamiento.

b) Lombrifiltros:

Es un sistema de tratamiento biológico de cultivo fijo, que considera una población de lombrices (californianas) y bacterias combinadas con diferentes estratos filtrantes inertes y orgánicos. Como se observa en la ilustración siguiente, las aguas servidas son distribuida de forma de riego por medio de un aspersor en el estrato con lombrices, donde es escurrida por el medio filtrante, quedando retenido la materia orgánica. Esta materia retenida es consumida por la población de lombrices y bacterias, siendo transformado en humos.

c) Humedales:

Es un sistema de tratamiento en base a lagunas o canales de poca profundidad (un metro aproximado), impermeabilizados, donde existe una variedad de plantas propios de zonas húmedas como la caña (Phragmites australis), totora (schoenoplectus californicus) y junco (typha angustifolia). Cabe destacar que también son utilizadas plantas ornamentales como la cala, lirios entre otras.

El tratamiento del agua servida es producto de la interacción del agua, el sustrato sólido, los microorganismos y la vegetación. Dentro del sistema de humedales existen dos tipos, de flujo superficial; donde, el agua fluye por las hojas de las plantas y el de tipo subsuperficial, donde el agua circula entre las raíces de las plantas (véase ilustración).

Desinfección.

Esta etapa final del tratamiento de agua servida consiste en la destrucción selectiva de los organismos que causan enfermedades (Metcalf & Eddy, 2012). Los métodos más utilizados para llevar a cabo esta etapa son los agentes químicos, agentes físicos, medios mecánicos y la radiación (véase la siguiente ilustración).

Como se describe en la ilustración anterior, los métodos más utilizados por las plantas de tratamiento de aguas servidas son la desinfección con cloro y la radiación.

a) Desinfección con cloro.

Siendo el método de desinfección más utilizado por las plantas de tratamiento de aguas servidas. Los compuestos de cloro comúnmente utilizados son el cloro gas (Cl2), el hipoclorito sódico (NaOCl), el hipoclorito de calcio [Ca(OCl)2], y el óxido de cloro (ClO2). Una vez aplicado el cloro al agua tratada, en un tiempo de contacto, se procede con la etapa de decloración, con el objeto de la eliminación de la totalidad de cloro y así reducir los efectos tóxicos de los efluentes descargados a los cursos de agua receptores o bien, a los destinado a la reutilización.