Toda agua servida o residual debe ser tratada, tanto para proteger la salud pública como para preservar el medio ambiente. Antes de tratar cualquier agua servida se debe conocer su composición. Esto es lo que se llama caracterización del agua. Permite conocer qué elementos químicos y biológicos están presentes y da la información necesaria para que los ingenieros expertos en tratamiento de aguas puedan diseñar una planta apropiada al agua servida que se está produciendo.
Una Estación depuradora de aguas residuales tiene la función de eliminar toda contaminación química y bacteriológica del agua que pueda ser nociva para los seres humanos, la flora y la fauna, de manera que se pueda devolver el agua al medio ambiente en condiciones adecuadas. El proceso, además, debe ser optimizado de manera que la planta no produzca olores ofensivos hacia la comunidad en la cual está inserta. Una planta de aguas servidas bien operada debe eliminar al menos un 90 % de la materia orgánica y de los microorganismos patógenos presentes en ella. Las aguas residuales también provienen de laboratorios químicos (universitarios), algunos de los contaminantes son: plomo y cadmio.[4].
La etapa primaria elimina el 60 % de los sólidos suspendidos y un 35 % de la DBO. La etapa secundaria, en cambio, elimina el 30 % de los sólidos suspendidos y un 55 % de la DBO.
Etapas del tratamiento del agua residual
El proceso de tratamiento del agua residual se puede dividir en cuatro etapas: pretratamiento, primaria, secundaria y terciaria. Algunos autores llaman a las etapas preliminar y primaria unidas como etapa primaria.
La etapa preliminar debe cumplir dos funciones:.
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- Medir y regular el caudal "Caudal (fluido)") de agua que llega a la planta.
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- Extraer los sólidos flotantes grandes y la arena (a veces, también la grasa).
Normalmente las plantas están diseñadas para tratar un volumen de agua constante, por lo que debe adaptarse a que el caudal de las aguas residuales producido por una comunidad no es constante. Hay horas, generalmente durante el día, en las que el volumen de agua producida es mayor, por lo que deben instalarse sistemas de regulación en la entrada de la planta de forma que el caudal que circule por el sistema de tratamiento sea uniforme.
Asimismo, en la entrada de la planta es necesario filtrar el agua que llega, separando de ella sólidos y grasas para que el proceso pueda efectuarse normalmente. Los dispositivos encargados de esta función consisten en «rejillas», «tamices», «trituradores» (a veces), desgrasadores") y desarenadores. En esta etapa también se puede realizar la preaireación, cuyas funciones son:.
• - a) eliminar los compuestos volátiles presentes en el agua servida, que se caracterizan por ser malolientes, y.
• - b) aumentar el contenido de oxígeno del agua, lo que ayuda a la disminución de la producción de malos olores en las etapas siguientes del proceso de tratamiento.
Tiene como objetivo eliminar los sólidos en suspensión "Suspensión (química)") por medio de un proceso de sedimentación simple por gravedad o asistida por coagulantes y floculantes. Así, para completar este proceso se pueden agregar compuestos químicos (sales de hierro, aluminio y polielectrolitos floculantes) con el objeto de precipitar el fósforo, los sólidos en suspensión muy finos o aquellos en estado de coloide.
Las estructuras encargadas de esta función son los «estanques de sedimentación primarios» o «clarificadores primarios». Habitualmente están diseñados para suprimir aquellas partículas que tienen «tasas de sedimentación» de 0,3 a 0,7 mm/s (milímetros por segundo). Asimismo, el «período de retención» es normalmente corto, 1 a 2 h (horas). Con estos parámetros, la profundidad del estanque fluctúa entre 2 y 5 m (metros).
En esta etapa se elimina por precipitación alrededor del 60 al 70 % de los sólidos en suspensión. En la mayoría de las plantas existen varios sedimentadores primarios y su forma puede ser circular, cuadrada a rectangular.
Tiene como objetivo eliminar la materia orgánica en disolución y en estado coloidal mediante un proceso de oxidación de naturaleza biológica seguido de sedimentación. Este proceso biológico es un «proceso natural controlado» en el cual participan los microorganismos presentes en el agua residual, y que se desarrollan en un reactor o cuba de aireación, más los que se desarrollan, en menor medida en el decantador secundario. Estos microorganismos, principalmente bacterias, se alimentan de los sólidos en suspensión y estado coloidal produciendo en su degradación anhídrido carbónico y agua, originándose una biomasa "Biomasa (ecología)") bacteriana que precipita en el «decantador secundario». Así, el agua queda limpia a cambio de producirse unos fangos para los que hay que buscar un medio de eliminarlos.
En el decantador secundario, hay un flujo tranquilo de agua, de forma que la biomasa, es decir, los flóculos bacterianos producidos en el reactor, sedimentan. El sedimento que se produce y que, como se dijo, está formado fundamentalmente por bacterias, se denomina fango activo.
Los microorganismos del reactor aireado pueden estar en suspensión en el agua («procesos de crecimiento suspendido» o fangos activados), adheridos a un medio de suspensión («procesos de crecimiento adherido») o distribuidos en un sistema mixto («procesos de crecimiento mixto»).
Las estructuras usadas para el tratamiento secundario incluyen «filtros de arena intermitentes», «filtros percoladores», «contactores biológicos rotatorios», «lechos fluidizados», «estanques de fangos activos», «lagunas de estabilización u oxidación» y «sistemas de digestión de fangos».
Tiene como objetivo suprimir algunos contaminantes específicos presentes en el agua residual tales como los fosfatos que provienen del uso de detergentes domésticos e industriales y cuya descarga en cursos de agua favorece la eutrofización, es decir, un desarrollo incontrolado y acelerado de la vegetación acuática que agota el oxígeno, y mata la fauna existente en la zona. No todas las plantas tienen esta etapa ya que dependerá de la composición del agua residual y el destino que se le dará.
Principales pasos del tratamiento de aguas residuales
Las aguas servidas tratadas normalmente contienen microorganismos patógenos que sobreviven a las etapas anteriores de tratamiento. Las cantidades de microorganismos van de 10 000 a 100 000 coliformes totales y 1000 a 10 000 coliformes fecales por 100 mL (mililitros) de agua, como también se aíslan algunos virus y huevos "Huevo (biología)") de parásitos. Por tal razón es necesario proceder a la desinfección del agua. Esta desinfección es especialmente importante si estas aguas van a ser descargadas a aguas de uso recreativo, aguas donde se cultivan mariscos o aguas que pudieran usarse como fuente de agua para consumo humano.
Los métodos de desinfección de las aguas servidas son principalmente la cloración y la ozonización"), pero también se ha usado la bromación y la radiación ultravioleta. El más usado es la cloración por ser barata, fácilmente disponible y muy efectiva. Sin embargo, como el cloro es tóxico para la vida acuática, el agua tratada con este elemento debe ser sometida a decloración") antes de disponerla a cursos de agua natural.
Desde el punto de vista de la salud pública se encuentra aceptable un agua servida que contiene menos de 1000 coliformes totales por 100 mL y con una DBO inferior a 50 mg/L (miligramos por litro).
La estructura que se usa para efectuar la cloración es la «cámara de contacto». Consiste en una serie de canales interconectados por los cuales fluye el agua servida tratada de manera que ésta esté al menos 20 minutos en contacto con el cloro, tiempo necesario para dar muerte a los microorganismos patógenos.
Los sedimentos que se generan en las etapas primaria y secundaria se denominan fangos. Estos fangos contienen gran cantidad de agua (99 %), microorganismos patógenos y contaminantes orgánicos e inorgánicos. Se han desarrollado varios métodos para el tratamiento de los fangos e incluyen: «digestión anaerobia», «digestión aerobia», «compostaje», «acondicionamiento químico» y «tratamiento físico». El propósito del tratamiento de los fangos es destruir los microbios patógenos y reducir el porcentaje de humedad.
La «digestión anaerobia» se realiza en un estanque cerrado llamado digestor y no requiere la presencia de oxígeno pues se realiza por medio de bacterias que se desarrollan en su ausencia. Para el óptimo crecimiento de estos microorganismos se requiere una temperatura de 35 °C (grados Celsius). Las bacterias anaerobias degradan la materia orgánica presente en el agua servida, en una primera fase, a ácido propiónico, ácido acético y otros compuestos intermedios, para posteriormente dar como producto final metano (60-70 %), anhídrido carbónico (30 %) y trazas de amoníaco, nitrógeno, anhídrido sulfuroso e hidrógeno. El metano y el anhídrido carbónico son inodoros; en cambio, el ácido propiónico tiene olor a queso rancio y el ácido acético tiene olor a vinagre.