El documento describe los principales procesos involucrados en el tratamiento de aguas residuales en una estación depuradora, incluyendo pretratamiento (rejillas, tamices, desarenado), tratamiento primario (decantador primario), tratamiento secundario (reactor biológico, decantador secundario), y tratamiento de lodos. Explica cada una de las etapas y los objetivos de las mismas para lograr aguas tratadas que cumplan con los estándares de calidad antes de ser devueltas a la naturaleza.

1. 10.1. PRETRATAMIENTO
10.1.1. REJAS
10.1.2. TAMIZ
10.1.3. DESARENADO-DESENGRASADO
10.2. TRATAMIENTO PRIMARIO
10.2.1. DECANTADOR PRIMARIO
10.3. TRATAMIENTO SECUNDARIO
10.3.1. REACTOR BIOLÓGICO
10.3.2. DECANTADOR SECUNDARIO
10.4. LÍNEA DE LODOS
TEMA 10. ESQUEMA GENERAL DE UNA
ESTACIÓN DEPURADORA DE AGUAS
RESIDUALES URBANAS

2. OBJETIVOS DEL TEMA
• Comprender el esquema general de operación de una estación depuradora de aguas
residuales urbanas (EDARU), al tiempo que se afianzan los conocimientos adquiridos
en temas anteriores
• Ser capaz de establecer un sistema de tratamiento para la línea de aguas en una
EDARU
• Ser capaz de establecer un sistema de tratamiento para la línea de lodos en una
EDARU

3. AGUAS RESIDUALES URBANAS
El hombre toma el agua de la naturaleza y la contamina por el usos que hace de la misma en su vida
diaria, con lo que antes de devolverla a la naturaleza debe de ser tratada con el fin de eliminar la
contaminación adquirida hasta límites admisibles
• Agua residual doméstica (viviendas, instalaciones comerciales, públicas): materias fecales, tierra,
arena, productos de limpieza, grasas y restos de alimentos
• Agua residual industrial (pequeña industrias ubicadas en el casco urbano)
• Agua pluvial (escorrentía superficial e infiltraciones).

4. Tabla 10.1. Requisitos de la UE para las aguas residuales urbanas (Kiely, 1999)

5. Una EDARU consta de dos líneas de tratamiento:
LÍNEA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
• En esta línea las aguas residuales urbanas van siendo depuradas mediante la eliminación progresiva
de los contaminantes
• El tratamiento comienza con la eliminación de los sólidos de más tamaño hasta la eliminación de
materia orgánica disuelta y nutrientes
• Se emplean principalmente procesos de tratamiento físicos (desbaste y sedimentación) y biológicos
LÍNEA DE TRATAMIENTO DE LODOS
• Los sólidos que van siendo retirados de las distintas etapas del proceso de tratamiento de ARU no son
asimilables a RSU (a excepción de lo retirado en el pretratamiento) y en esta línea se tratan con el fin
de acondicionarlos para su evacuación
• Se emplean procesos de tratamiento físicos, químicos y/o biológicos
LÍNEAS DE TRATAMIENTO

6. Tabla 10.2. Esquema de diagrama de flujo de procesos unitarios en el tratamiento de aguas residuales e industriales típicas
(Kiely, 1999)

7. Fig. 10.1. Procesos unitarios en una depuradora de aguas residuales urbanas (Kiely, 1999)

8. Por definición, pretratamiento es el proceso o procesos que preparan las condiciones del agua residual
para posteriores tratamientos
• En ARU el objetivo es eliminar todas las materias gruesas y/o visibles, flotantes, arenas, grasas y
aceites
• El vertido de estas materias al medio receptor debe de ser evitado
• Si estos materiales pasaran a etapas posteriores de la línea de depuración dañarían el resto de los
equipos mecánicamente e inhibirían el proceso biológico
• En ARU el pretratamiento consiste en procesos exclusivamente físicos, incluyendo las operaciones de
desbaste (rejas, tamices), desarenado y desengrasado
10.1. PRETRATAMIENTO

9. Barras paralelas de diferentes secciones separadas una cierta distancia que se sitúan en posición
transversal al caudal de tal forma que el agua ha de pasar a través de ellas quedando los sólidos retenidos
Generalmente se colocan formando un ángulo con la vertical (45-60º)
PARÁMETROS DE DISEÑO:
 Velocidad de aproximación en el canal: 0,3-0,9 m/s
 Velocidad de paso a través de las rejas: 0,6-1,2 m/s
 Ancho del canal
 Pérdida de carga
En tratamiento de ARU es frecuente emplear rejas de gruesos que pueden ir seguidas de unas rejas
medias y/o de finos que sustituyan el tamizado
Pueden ser de limpieza manual (pequeñas instalaciones) o automáticas
Los sólidos depositados en el canal se pueden extraer con una cuchara bivalva
10.1.1. REJAS

10. Fig. 10.2. Rejas autolimpiantes típicas empleadas en el tratamiento del agua residual (Metcalf &Eddy., 2000)

11. Fig. 10.3. Rejas de barras de limpieza mecánica a) reja de cadena b) reja oscilante c) reja de catenaria d) reja accionada con
cable (Kiely, 1999)

12. Fig. 10.4. Volumen medio y máximo de residuos recogidos por unidad de volumen de agua residual en función del tamaño
de las aberturas libres entre barras (Kiely, 1999)

13. • Filtración sobre soporte con perforaciones con tamaño de paso más pequeño que las rejas
• Se puede colocar a continuación de las rejas para completar el desbaste
• En ARU lo habitual es emplear macrotamizado (0,3-10 mm de tamaño de paso)
• Se pueden emplear distintos tipos de tamices
10.1.2. TAMICES
Fig. 10.5. Esquema de un tamiz rotatorio y un tamiz deslizante (Hernández, 2001)

14. Fig. 10.6. Ejemplos de tamices gruesos a) tamiz estático b) tamiz de tambor giratorio (Kiely, 1999)

15. Fig. 10.7. Tamiz de disco giratorio utilizado para el tratamiento primario y microtamiz utilizado para el tratamiento de
efluentes secundarios (Kiely, 1999)

16. Los desarenadores son canales de sección mayor que la de entrada de manera que la velocidad de
circulación sea tal que permita la sedimentación de las partículas de “arena” (peso específico 1,3-2,7) pero
evite la sedimentación de las partículas orgánicas
• En ARU suelen ir combinado con desengrasado y se colocan después del desbaste y antes del
tratamiento primario
• Los más tradicionales son de flujo horizontal (v~0,3 m/s; tiempo de residencia hidráulico~1 min)
• Sedimentación de partículas discretas: carga de superficie = velocidad de sedimentación
Es frecuente el empleo de modificaciones con sistemas de inyección de aire que evitan la sedimentación
de la materia orgánica, favoreciendo la flotación de las grasas (tiempos de residencia más altos 2-5 min)
10.1.3. DESARENADOR-DESENGRASADOR

17. Fig. 10.10. Desarenador (publicada en Wikipedia con licencia CC BY-SA 3.0)

18. • El objetivo es conseguir la separación de los sólidos en suspensión (SS) produciendo un efluente
líquido adecuado para la siguiente etapa de tratamiento
• Además de reducir el contenido de SS, también se reduce la turbidez y DBO5, debido a que parte de
los SS están formados por materia orgánica, y algo de contaminación bacteriológica
• También se eliminan los flotantes que no han sido eliminados en el desengrasado
• En tratamiento de ARU el tratamiento primario se realiza habitualmente por sedimentación en los
decantadores primarios
• Los SS eliminados son separados como un fango primario que se trata en la línea de lodos
10.2. TRATAMIENTO PRIMARIO

19. En ARU van después del desarenado-desengrasado se eliminan principalmente sólidos de naturaleza
orgánica (eliminaciones del 50-70% de SS y del 25-40% de DBO5)
 Sedimentación floculenta: diseño basado en la experiencia
 Pueden ser rectangulares o más frecuentemente circulares (TRH ~2 h; velocidades de carga
superficial: 32-48 m3/m2 día)
 El agua residual se introduce por el centro y pasa a una campana circular que distribuye el flujo
uniformemente en todas direcciones (diámetro de la campana 15-20% del diámetro del tanque;
profundidad 1 -2,5 m)
 Dispone de un puente rascador equipado con rascadores de fondo y también superficiales para la
eliminación de espumas
10.2.1. DECANTADOR PRIMARIO

20. Fig. 10.11. Decantador primario (Kiely, 1999)

21. Tabla 10.3. Comparación de los rendimientos de separación de contaminantes en la decantación primaria con y sin
coagulación (Kiely, 1999)

22. Fig. 10.12. Esquema típico de un sistema de fangos activados (Kiely, 1999)

23. • El objetivo es reducir la materia orgánica biodegradable tanto en forma coloidal como disuelta
• El tratamiento secundario es un tratamiento biológico mediante microorganismos que consumen dicha
materia orgánica
• Se consiguen rendimientos de eliminación de materia orgánica en torno al 80-90%
• En el tratamiento de ARU lo más habitual es empleo de sistemas de fangos activos, aunque también
se pueden emplear otros tratamiento aerobios como los filtros percoladores
• Es habitual que estos tratamientos biológicos incluyan eliminación de nitrógeno y cada vez es más
frecuente la eliminación de fósforo
Materia orgánica + O2 + células  Nuevas células + CO2 + H2O
10.3. TRATAMIENTO SECUNDARIO

24. El tratamiento por fangos activos consiste en pasar el agua residual a través de un reactor que contiene
biomasa en suspensión de microorganismos muy activos y aclimatados (las responsables de la
transformación son principalmente bacterias heterótrofas)
• El ambiente aerobio se consigue mediante difusores o aireadores mecánicos, que además mantienen
los microorganismos suspendidos (OD>2 mg/L)
• Concentración de biomasa en el reactor: 2000-4000 mg SSV/L
• La purga del fango en exceso se puede realizar desde la recirculación o desde el reactor de aireación
• Con ARU no se requiere un aporte externo de nutrientes
• Los reactores pueden aproximar su comportamiento a un CSTR o a un PFR (relación longitud:ancho
de 10:1 y altura 2-4 m)
• Balances a sistemas con mezcla completa
• Si el tratamiento biológico también tiene como objetivo lograr la eliminación de nutrientes, es necesario
alternar ambientes aerobios, anóxicos y anaerobios
PARÁMETROS DE DISEÑO:
tiempo residencia hidráulico, tiempo de residencia celular, relación alimento/microorganismo, carga
volumétrica, relación de recirculación
10.3.1. REACTOR BIOLÓGICO

25. Fig. 10.13. Reactor biológico (publicada en Wikipedia con licencia CC BY-SA 3.0)

26. NITRIFICACIÓN
(bacterias autótrofas aerobias)
Nitrosomonas
Nitrobacter
Esta etapa requiere altos tiempos de residencia celular y poca materia orgánica para evitar el crecimiento de
bacterias heterótrofas
DESNITRIFICACIÓN
(bacterias heterótrofas que utilizan los nitratos como aceptor de electrones; proceso anóxico)
Esta etapa requiere un ambiente bajo en oxígeno (por encima de 1 mg/L no se da la desnitrificación) y rico en
materia orgánica
ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO






 H
2
O
H
NO
O
2
3
NH 2
2
2
4



 3
2
2 NO
O
2
1
NO
O
H
CO
N
células
nuevas
H
orgánica
materia
NO 2
2
2
3 




 


27. Tanto para la nitrificación como para la desnitrificación, lo más habitual es el empleo de cultivos
suspendidos
EN TRATAMIENTO DE ARU, LA NITRIFICACIÓN PUEDE REALIZARSE A LA VEZ QUE LA ELIMINACIÓN
DE DBO INTRODUCIENDO ALGUNAS MODIFICACIONES:
 Suministrar oxígeno adicional
 Aumentar el tiempo de retención celular (las bacterias nitrificantes tienen una velocidad de crecimiento
inferior que las bacterias heterótrofas)
LO MÁS HABITUAL ES LA CONFIGURACIÓN DESNITRIFICACIÓN + NITRIFICACIÓN
En este segundo reactor se producirán nitratos con lo que parte del efluente debe de ser recirculado al
primer reactor con el fin de que los nitratos sean transformados en nitrógeno gas (recirculación interna ~ 2-
4Q)

28. Fig. 10.14. Eliminación de nitrógeno en dos etapas (Kiely, 1999)

29. Los métodos de eliminación biológica de fósforo están basados en alternar ambientes aerobios y
anaerobios lo que favorece el enriquecimiento del fango en bio-P-microorganismos (Acinetobacter):
 Reactor anaerobio: los microorganismos liberan fósforo al medio
 Reactor aerobio: los microorganismos consumen fósforo (no sólo el liberado sino también el aportado
por el efluente)
 Sedimentación y separación de los microorganismos (y del P)
En ARU, estos sistemas se combinan con la eliminación de DBO y N, incorporando una etapa anóxica
intermedia (TRHanoxica = 0,2-2 h) y recirculando el efluente de la salida de la etapa aerobia a la anóxica
ELIMINACIÓN DE FOSFORO
Fig. 10.15. Eliminación biológica de fósforo en dos etapas (Kiely, 1999)

30. • Son los que van después de un tratamiento biológico para separar los lodos activos (sedimentación
retardada)
• En cuanto a su diseño son similares a los primarios
• Pueden disponer de sistemas de recogida de fango con aspiración
10.3.2. DECANTADOR SECUNDARIO
Fig. 10.16. Esquema de un decantador secundario (Kiely, 1999)

31. Los sólidos que van siendo retirados de las distintas etapas del proceso de tratamiento de ARU no son
asimilables a RSU (a excepción de lo retirado en el pretratamiento) y necesitan ser tratados y gestionados
adecuadamente
FANGOS PRIMARIOS
 Son los retirados en el decantador primario
 Consisten en sólidos orgánicos y finos inorgánicos
 Sólidos secos 2-6%
FANGOS SECUNDARIOS
 Son los lodos biológicos en exceso purgados de la línea de recirculación o del reactor biológico
 Son menos densos, con tamaños de partícula menores que los 1º
 Sólidos secos 0,5-2%
Se denominan fangos mixtos a la mezcla de fangos 1º y 2º
10.4. LÍNEA DE LODOS

32. LOS POSIBLES TRATAMIENTOS PARA LOS FANGOS SON:
 Espesamiento
 Deshidratación
 Tratamientos químicos
 Tratamientos biológicos (digestión aerobia, digestión anaerobia y compostaje)
 Secado e incineración
EL LODO TRATADO SE PUEDE:
 Reutilizar (es necesario haberlo estabilizado previamente por vía biológica, química o térmica)
 Incinerar (las cenizas se llevan a vertedero)
 Depósito en un vertedero autorizado
Debido a la gran cantidad de tecnologías disponibles en su tratamiento, no hay un esquema general único

33. Fig. 10.17. Posibles rutas para el tratamiento de biosólidos (Kiely, 1999)

34. Fig. 10.18. Esquema de un diagrama de bloques integrado de compostaje (Kiely, 1999)

35. Tabla 10.4. Resumen de procesos de tratamiento de lodos (Kiely, 1999)