Este documento describe los diferentes tipos de tratamientos para aguas residuales. Introduce los conceptos de agua potable, aguas negras y cómo se clasifican. Explica brevemente los pretratamientos, tratamientos primarios, secundarios y avanzados que se aplican a las aguas residuales industriales y domésticas.
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Introducción
Agua
Aguas Negras
Clasificación
Tratamientos de Aguas Residuales, Clasificación
Diagrama de flujo de los tratamientos de aguas residuales
Pre tratamiento
Tratamiento Primario
Tratamiento secundario
Tratamientos Avanzados
Bibliografía a Consultar
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Todos sabemos que en la vida diaria no existe un recurso más
esencial que el agua. El agua es necesaria para la supervivencia
de los seres humanos y para la existencia de cualquier tipo de
vida en el planeta. Sin embargo, tampoco escapa de nuestros
pensamientos que la cantidad de agua disponible para consumo
humano está en disminución, esto debido a que el mundo cada
vez está más habitado y esto constituye uno de los problemas
más graves que hemos enfrentado.
En este mundo creciente y siempre en busca de dividendos
económicos, diariamente se implementan nuevas tecnologías y
modernos instrumentos que nos hacen la vida ergonómica y
feliz… Pero pensemos un momento, estas cosas, aparatos,
instrumentos, etc., no aparecen de la nada. Se requiere
elaborarlos y para ello necesitamos una industria, y para
conseguir la industria es indispensable construirla, y para
construirla debemos talar, quemar y sobretodo utilizar una gran
cantidad de agua para poder hacer concreto, bloques, y el
almacenamiento del agua que se deba tener una vez
construida la fabrica… Y así un sinfín de cuentos en donde sin
agua no puede considerarse en lo absoluto.
Pero quizás el peor protagonismo que sufre el agua es su deposición una vez utilizada en
cualquier proceso de manufactura (incluyendo el uso en nuestros hogares y en nuestro cuerpo
cuando nos aseamos). Les cuento que una vez usada el agua en el proceso X, para fabricar
el producto X, el excedente o bien, el vertiente se envía al lago, mar o deposición de agua
mas cercana a la industria creando de esta manera una gran contaminación, que puede
causar hasta la destrucción total del ecosistema.
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Claro que cualquier alteración puede ocurrir si no se realiza previamente un saneamiento a
esta agua utilizada domestica e industrialmente, y que se conoce normalmente como Agua de
desecho o Agua residual.
Es importante comentar que los procesos de captación y distribución de agua no lo estaremos
desarrollando en su totalidad, lo que nos trae una actividad extra… Indagar sobre estos temas
y conglomerar los conocimientos para hacer que los que vamos a compartir sean más fluidos
y podamos interpretar los contenidos de la unidad curricular.
El objetivo final de este tema, tiene como propósito establecer los diferentes tratamientos que
se le realiza al agua que proviene de algún proceso industrial o bien de los hogares,
considerando que se daremos mayor énfasis al agua de desecho de tipo industrial, ya que la
debemos tomarlo en cuenta para cualquier planteamiento de estudio ambiental que en un
futuro podríamos realizar o establecer en todos los procesos que desarrollaremos durante
todo el curso de Química Industrial.
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AGUAS NEGRAS
Son las aguas de abastecimiento de la población, después de haber sido impurificadas por
diversos usos.
Ahora bien, en esta última tipo de aguas es donde vamos a centrar mayor interés para
desarrollar los diferentes tipos de tratamiento que debe realizarse a las aguas negras para
sanearlas.
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Las aguas negras, resultan de la combinación de líquidos y desechos arrastrados por el agua,
y son procedentes de hogares, edificios comerciales, instituciones, industrias, así como
tambien, de las aguas subterráneas, superficiales o de precipitaciones. (Manual de
tratamiento de Aguas Negras,2005).
El volumen de aguas negras va a depender de la cantidad y
tipo de población, también de las poblaciones que tienen
industrias, ya que entonces deberían sumarse ambas para
garantizar a los habitantes buenos sistemas de
alcantarillados y deposición de aguas.
LAS AGUAS NEGRAS LAS PUEDEMOS ORIGINAR DE MUCHAS MANERAS, ENTRE
ELLAS:
Desechos humanos y animales: Son exoneraciones corporales que llegan a formar
parte de las aguas negras mediante los sistemas hidráulicos de retretes y alcantarillados
o percolaciones. Son de gran interés para la salud pública por la cantidad de
organismos patógenos.
Desperdicios caseros: Procedentes de la manipulación domestica cuando, lavamos la
ropa y vajillas, baños, limpieza, desperdicios de comida y preparamos alimentos, ya que
utilizamos jabones y detergentes para limpieza, en cuanto a la preparación de alimentos
usamos grasas y aceites.
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Agua de lavado de calles y corrientes pluviales: Normalmente podemos asociarlo a las
lluvias, ya que depositan cantidades de agua a la tierra y gran parte de ella lava las
superficies y calles, escurriendo polvo, arena y hojas, que van hasta los sistemas de
drenajes y alcantarillados (cuando la población cuanta con ellos).
Desechos Industriales: Estos son producto de procesos
fabriles o industriales, los cuales son de gran importancia
desde el punto de vista ambiental, ya que no todas las
industrias fábricas desechan el mismo volumen y tipo (en
función a las características fisicoquímicas) de aguas
residuales. En muchos casos debemos disponer de un
sistema de separación, seguido de una de disposición final
previo a su descarga.
Las definiciones anteriores nos hacen considerar dos grandes tipos de aguas negras, las
cuales son: Aguas Negras Combinadas, que juntan las aguas que contienen desechos
humanos, animales y domésticos, así como aguas negras sanitarias y aguas pluviales. Por
otro lado, también tenemos las Aguas por Desechos Industriales.
Estos dos grandes tipos de aguas negras normalmente es la llamamos o conocemos como
.
Las Aguas residuales, son provenientes de fuentes antropogénicas (domésticas e
industriales), su composición fisicoquímica y microbiológica ha sido alterada en relación a su
condición original de potabilidad. Está constituida por una mezcla de agua (>99%),
Contaminantes Orgánicos e Inorgánicos tanto en suspensión como disueltos y
microorganismos.
Su destino puede ser para fines agrícolas e industriales, pero antes rrequieren de un
tratamiento exhaustivo para su uso final, mediante algunos procesos de remoción artificial de
contaminantes, para ajustarla a un uso particular según estándares de calidad.
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Los tratamientos de saneamiento que se le realizan a las
aguas negras o residuales, tienen el fundamento de mejorar la
calidad en cuanto a las características físicas, químicas y
biológicas, previas a su reutilización o deposición final. Estos
tratamientos se pueden clasificar de la siguiente manera:
De acuerdo a la naturaleza del proceso:
Proceso Físico: Depende de las propiedades físicas de la impureza. Ejemplo: Tamizado,
Sedimentación, Filtración y Osmosis
Proceso Químico: Depende de las propiedades químicas de la impureza o que utiliza las
propiedades químicas de reactivos agregados. Ejemplo: Precipitación, Coagulación,
Desinfección, intercambio iónico
Proceso Biológico: Utiliza reacciones bioquímicas en aguas residuales para remover
impurezas solubles o coloidales, normalmente sustancias orgánicas. Ejemplo: Filtrado
biológico y lodos activados.
De acuerdo a la secuencia del proceso:
Pre Tratamiento: Es la etapa inicial de remoción de la mayor cantidad
de residuos y cuerpos sólidos de mayor tamaño.
Tratamiento primario: Tratamiento que combina una serie de etapas
físicas y químicas, como coagulación- floculación, filtración y
desinfección.
Tratamiento secundario: Tratamiento que normalmente considera la etapa de lagunas de
oxidación o lodos, y tratan aguas con grandes contenidos de contaminantes orgánicos y
bacteriológicos.
Tratamiento avanzado: Corresponden a aplicaciones especiales a procedimientos
convencionales, que se aplican cuando se requiere mayor tratamiento en función de las
características físicas, químicas y biológicas, mejorando así la calidad de agua necesaria.
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INFLUENTE NO TRATADO
DOMESTICAS INDUSTRIALES
PRETRATAMIENTO CRIBADO Y SEDIMENTACIÓN
AL RELLENO
SANITARIO
TRATAMIENTO
PRIMARIO
CLARIFICADOR
TRATAMIENTO
SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
TRATAMIENTOS
AVANZADOS
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Recordemos lo que habíamos comentado anteriormente, que el como su nombre nos lo dice,
el pre-tratamiento es la etapa inicial de remoción de la mayor cantidad de residuos y cuerpos
sólidos de mayor tamaño (>1um), a través de procesos físicos tales como cribado o tamizado,
seguida por una etapa de sedimentación, por gravedad del sólido así como la disminución
moderada del DBO.
En este proceso podemos conseguir una serie de procedimientos físicos y químicos, como:
• Desbaste: Su objetivo es remover sólidos de grandes
tamaños, mediante una serie de rejas, las cuales
pueden ser finas y gruesas y también microtamices. A
través de estas rejas se van recogiendo los sólidos de
acuerdo a sus tamaños.
• Almacenamiento, Ecualización y Neutralización: Ofrece
seguridad cuando ocurra contaminación de la fuente,
funciona como depósito en períodos de caudales bajos
y permite equilibrar flujos volumétricos, concentración y
pH. Paralelamente en mediante estos procedimientos se
decanta materia sedimentable, se eliminar patógenos
por exposición a luz solar.
• Aireación: Mediante este proceso buscamos aumentar
la superficie de contacto entre el aire y el agua por
medios naturales y mecánicos con el objeto de
mejorar las características fisicoquímicas del agua.
Tiene dentro de sus funciones:
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Transferir oxígeno al agua para incrementar concentración de oxígeno disuelto, liberar
exceso de gas H2S (sabor y olor indeseable) y exceso de CO2 (problemas de
corrosión), remover compuestos orgánicos volátiles (Descomposición de algas
fotosintéticas), remover metano y otros gases de descomposición, así como sustancias
volátiles en general productoras de olores y sabores
• Pre Tratamiento Químico: Tiene como objetivo remover propiedades no deseables
como algas y exceso de color. Para ello normalmente debemos realizar procesos de
Pre-cloración y/o adición de carbón activado.
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En este tratamiento es donde comenzamos a tratar el agua de desecho para mejorar su
calidad para posterior utilización, esta etapa comprende una serie de pasos, los cuales son:
Mezcla Rápida o Coagulación: En esta parte del
proceso, se le suministra al agua las sustancias
químicas que requiere para potabilizarla, básicamente
hipoclorito de calcio y sulfato de aluminio. Para que la
mezcla sea homogénea se utilizan motores agitadores a
una velocidad de 90 rpm aproximadamente. Se estima
que el agua tarda 60 segundos en pasar por este
proceso.
Mezcla Lenta o Floculación: En los floculadores que pueden
ser mecánicos o hidráulicos, se produce la mezcla entre el
producto químico y el coloide que produce la turbiedad,
formando los flóculos. Se continúa con el mezclado, pero en
forma más lenta utilizando motores agitadores a una
velocidad de 40 rpm. Se estima que el agua dura
aproximadamente 15 minutos en esta etapa.
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Sedimentación: Es en esta etapa donde podemos
ver como los flóculos han adquirido peso y tamaño,
por lo que precipitan al fondo del sedimentador
formando lodos.
Filtración: Esta etapa se realiza ingresando el agua sedimentada por encima del filtro.
Por gravedad, el agua pasa a través de arena, grava, antracita y esferas de mármol
con lo cual retiene las impurezas o turbiedad residual que queda de la etapa anterior.
Desinfección: Una vez que el agua ya ha sido filtrada, pasa
a la reserva, allí se desinfecta agregando gas cloro: el cloro
tiene la característica química de ser un oxidante, lo cual
hace que se libere oxígeno matando los agentes patógenos,
por lo general bacterias anaeróbicas.
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Normalmente en este tratamiento se trata el agua con un reactor biológico, quizás lo hayas
escuchado ya que es conocido como Lodo Residual.
EL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS: Es un proceso de oxidación biológica secundario, en
el cual un efluente de un tratamiento primario es puesto en contacto en una unidad de
aireación con lodo activado (de alta concentración microbiana) previamente separado en un
sedimentador que recibe el efluente de citado aereador.
Como mecanismos de remoción de la Demanda Bioquímica de Oxígeno, tenemos:
Adsorción Y coagulación de sólidos suspendidos y coloidales.
Biosorción.
A través del crecimiento del lodo.
A través e una autodigestión.
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Veamos como podrían ser la estructura de estos sistemas, a través de los siguientes
esquemas:
Esquema 1:
Esquema 2:
LODO
SEDIMENTADO
LODO EN EXCESO, Qw
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REACCIONES IMPORTANTES Y ASOCIADAS A ESTE SISTEMA:
Reacciones En Las Fases De Bioxidación
Oxidación de la materia orgánica (Combustión)
Síntesis de material celular (síntesis)
Autodigestión del material celular (oxidación celular)
Reacciones de Nitrificación-Desnitrificación
Por otro lado, debemos conocer que La Desnitrificación es la liberación del N2, o esquema
de la reducción del nitrato. En algunas bacterias la utilización del nitrato como aceptor de
hidrógeno determina la segregación del amoníaco (nitratoamonificación), si bien en
muchas bacterias provoca la liberación del nitrógeno molecular (desnitrificación), también
puede liberarse en forma de gas productos intermediarios (óxido de nitrógeno, peróxido de
nitrógeno).
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En este tratamiento podemos tomar un agua tratada por procesamiento estándar y mejorarla
hasta una calidad excepcionalmente alta, dado que el agua que contiene “Contaminantes"
concretos, químicos o biológicos los va saneando mediante procedimientos específicos y en
muchos casos toda una tecnología de aplicación, hasta un estándar aceptable.
Entre las técnicas, procedimientos y tecnologías podemos citar muchas, pero sólo haremos
énfasis en algunas de ellas: Adsorción, Intercambio Iónico, Ablandamiento, Oxidación
Química, Osmosis Inversa, Microfiltración, Ultrafiltración, Electrodiálisis.
La Adsorción: Es el fenómeno de acumulación de partículas sobre una superficie de un sólido
o liquido y puede ser retenida por fuerzas físicas o químicas. La sustancia que se adsorbe se
denomina adsorbato y el material sobre el que lo hace es el adsorbente.
Tiene con característica que es altamente selectiva y depende de la superficie específica del
material, la naturaleza del enlace entre sustancia adsorbida y adsorbente y el tiempo de
contacto entre sustancia y adsorbente.
Para llevar a cabo este proceso, el material más comúnmente utilizado es El Carbón
Activado, Este es un material microcristalino que proviene de la descomposición de madera,
cortezas vegetales, carbón, etc., y tiene áreas superficiales de 300 a 1200 m2
/g. Con un
promedio de diámetro de poro de 10 a 60 A0
. Las sustancias orgánicas adsorben carbón
activado.
El carbón activo viene en dos variaciones: Carbón activado en polvo (PAC) y carbón activado
granular (GAC). La versión de GAC se utiliza sobre todo en el tratamiento de aguas, puede
fijar las siguientes sustancias solubles por adsorción, como: Aceite mineral, Poli-
hidrocarburos aromáticos (PACs), (Cloruro) Fenol, Adsorción de sustancias halogenadas: I,
Br, Cl, H y F, Olor, Gusto, Levaduras y Varios productos de fermentación.
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El carbón activo lo podemos usar por ejemplo, en los
siguientes procesos:
Depuración de agua subterránea
De-cloración del agua
Depuración de aguas para piscinas
Refinamiento de las aguas residuales tratadas
Intercambio Iónico: El intercambio iónico puede concebirse como un caso especial de
adsorción, en donde una resina de intercambio iónico preparada en forma especial actúa
como adsorbente. Al principio el intercambio iónico se aplicó principalmente a el tratamiento
de agua, pero actualmente se han desarrollado muchas otras aplicaciones, utilizándose
también se utiliza para la desalación de salmuera, separación de tierras raras, recuperación
de metales de soluciones de lixiviación o corrientes de desechos y recuperación de
antibióticos de cultivos de fermentación.
El intercambio iónico es una reacción química reversible, que tiene lugar cuando un ion de
una disolución se intercambia por otro ion de igual signo que se encuentra unido a una
partícula sólida inmóvil. Este proceso tiene lugar constantemente en la naturaleza, tanto en
la materia inorgánica como en las células vivas.
Este proceso se realiza mediante sustancias granuladas insolubles las cuales tienen en su
estructura molecular radicales ácidos o básicos que pueden ser intercambiados. Los iones
positivos o negativos fijados en estos radicales serán reemplazados por iones del mismo
signo en solución en el líquido en contacto con ellos.
Tenemos dentro de sus aplicaciones típicas:
Sabes que quizás el uso más aplicado del carbón Activado, lo podemos ver en
purificadores de agua que el filtro es transparente, y es fácilmente visible una
serie de elementos que permiten la adsorción de partículas sólidas que pueden
dañar nuestro organismo, ya que algunas son patógenas.
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Ablandamiento de aguas
De-silicación de aguas
Desmineralización de aguas
Tratamiento de aguas residuales con metales.
Intercambio Iónico Convencional
Fenómeno de Ósmosis Inversa: Este proceso se ha utilizado en desalación, consiste
en aplicar una presión que sobrepase la presión osmótica de la solución salina frente a una
membrana semipermeable, obligando así al agua pura a través de la membrana y dejando
sólo sales atrás, es decir todos los iones quedan retenidos en el lado izquierdo.
Entre las sustancias que podemos remover al utilizar el
proceso de ósmosis inversa, tenemos: Sólidos disueltos,
orgánicos y pirogénicos, la materia coloidal, sub
microorganismos, virus, bacterias del agua, especies
iónicas de bajo peso molecular, metales pesados, y
compuestos como cloruro, sulfatos, nitratos,
bicarbonatos, hierro, boro, sodio, calcio, flúor.
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Imagina que la ósmosis reversa es capaz de quitar 95% - 99% de los sólidos
disueltos totales (TDS) y el 99% de todas las bacterias, así proporcionando un
agua segura pura.
Aplicaciones de la ósmosis inversa
Desalazón de agua salada para uso potable y domestico.
Tratamiento previo de agua dulce antes de los desmineralizadores.
Tratamiento de aguas de desecho.
En la industria que demanden servicios y procesos cada vez mas competitivos.
Tratamiento de aguas superficiales.
Tratamiento de agua de acuífero.
Tratamiento de agua potable.
¡¡¡RECORDEMOS ALGO MUY IMPORTANTE!!!
Es imposible que evitemos utilizar agua en nuestra vida diaria, porque es un
recurso exageradamente imprescindible, así como tampoco podríamos cerrar
las fábricas e industrias…
Ahora bien, lo que si podemos y debemos hacer, es que evitemos contaminar
el agua, hacer uso indiscriminado de ella y buscar crecer en la investigación
de nuevos y eficientes métodos de purificación y saneamiento de efluentes
contaminados.
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R
R
TEXTOS:
DEPARTAMENTO DE SANIDAD DEL ESTADO DE NUEVA YORK. (2005). Manual de
tratamiento de Aguas Residuales. México: LIMUSA S.A.
HINES, A. y MADDOX, R. (1987). Principios Básicos y Cálculos en Ing. Química.
México: PRENTICE HALL HISPANOAMERICANA, S.A.
PERRY, R. (1992). Manual del Ing. Químico. México: MC GRAW-HILL.
TREYBAL, R. 81988). Operaciones de Transferencia de Masa. 2da edición. México:
MC GRAW-HILL.
GUIAS DE CONSULTA:
BARRENO, D. y RAMONES, J. (2008). Clase de Introducción a los Tratamiento de
Aguas Residuales. CLASE DE LA UNIDAD CURRICULAR, QUÍMICA INDUSTRIAL,
UNEFM.
ENLACES ELECTRÓNICOS:
http://www.lenntech.com/espanol/home-esp.htm
http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761565852/Depuraci%C3%B3n.html#4615307
35
www.fisicanet.com.ar/quimica/aguas/ap02_aguas.php
www.azucarysal.es/.../Inst_agua.html
