Aguas residuales municipales

Los sistemas de alcantarillado modernos trasladan las aguas residuales a través de una serie de tuberías desde edificios residenciales, empresas y plantas industriales hasta las instalaciones de tratamiento de aguas residuales para su procesamiento y vertido. Algunos sistemas más antiguos, conocidos como sistemas de alcantarillado combinados, también trasladan la escorrentía de las aguas pluviales además de las aguas residuales desde las fuentes residenciales y comerciales.

Las aguas residuales fluyen a través de la red de alcantarillado subterráneo, la mayoría de las veces por gravedad, y en otras ocasiones con la ayuda de bombas situadas en estaciones de bombeo. En función de la topografía de una zona, estas tuberías de impulsión varían hasta en unos cuantos kilómetros de largo. Los interceptores son ubicaciones donde confluyen dos líneas y unen su caudal en una sola tubería de mayor tamaño. Además, pueden incluir grandes cámaras accesibles a través de bocas de inspección.

1. Industrial
2. Residencial
3. Aguas pluviales

El tratamiento preliminar suele ser el primer proceso dentro de la planta de tratamiento, y consta de dos pasos: cribado y desarenado. El cribado es el proceso durante el que se eliminan desechos, trapos y otros residuos haciendo pasar el agua a través de un filtro mecánico o un tambor giratorio. La arena se elimina mediante la reducción de la velocidad de las aguas residuales de modo que las partículas inorgánicas más pesadas, tales como piedras y arena, se asienten en el fondo y se puedan eliminar mediante gravedad. La arena y las partículas cribadas se lavan y compactan antes de su recogida en un contenedor. Estos procesos preliminares son muy importantes para las instalaciones de recuperación de recursos hídricos modernas, ya que la arena y la suciedad pueden causar daños irreparables en los procesos aguas abajo, incluidos los mecanismos del decantador primario, los difusores de aireación y las membranas.

Durante el tratamiento primario, los decantadores primarios permiten que los sólidos orgánicos sedimenten por gravedad, mientras que las grasas y los aceites flotan hacia la superficie. Los sólidos asentados se conocen como lodos primarios, y a menudo se espesan en un proceso posterior antes de pasar a un digestor anaeróbico. La grasa y el aceite se retiran de la superficie y se suelen añadir directamente al digestor anaeróbico. Un decantador primario típico eliminará aproximadamente el 70 % de los sólidos y un 45 % de la demanda bioquímica de oxígeno de las aguas residuales cribadas. Las instalaciones modernas que llevan a cabo mejores procesos de eliminación biológica de nutrientes a menudo extraen o fermentan el carbono de los lodos primarios y dosifican esta corriente secundaria a procesos anaeróbicos o anóxicos aguas abajo, como fuente de alimentación para la biología correspondiente.

1. Cribado/desarenado
2. Decantador primario

El tratamiento secundario elimina la materia orgánica soluble, nutrientes como el nitrógeno y el fósforo, y la mayoría de los sólidos en suspensión que escapan al tratamiento primario. Muy a menudo, se utilizan procesos biológicos en los que los microorganismos metabolizan los compuestos orgánicos y los nutrientes para proliferar y reproducirse. Los dos procesos biológicos de tratamiento secundario más comunes son los sistemas de biomasa en suspensión y de biomasa fija. Un proceso de biomasa en suspensión fomenta el crecimiento de flóculos de microorganismos en suspensión a partir de organismos individuales ya presentes en las aguas residuales y en los lodos activados de retorno. Los flóculos contienen organismos que pueden eliminar los contaminantes a través de entornos aeróbicos, anóxicos y anaeróbicos. Una vez eliminados los contaminantes, los flóculos se envían a un proceso de decantación secundario donde se separan del agua mediante gravedad. Una parte de los lodos situados en el fondo del decantador secundario se dirige de nuevo aguas arriba para mezclarla con el efluente principal (lodos activados de retorno) para crear un licor mezcla. El resto de los lodos se retira del proceso (lodos activados de desecho) para crear la ecología ideal de microorganismos. En los sistemas de biomasa fija los microorganismos se adhieren a un medio y crean una biopelícula. Las aguas residuales asentadas se mezclan o se rocían sobre el medio revestido de biopelícula donde los microorganismos eliminan los contaminantes. Al igual que en el proceso de biomasa en suspensión, los fragmentos de biopelícula y los flóculos suspendidos se envían a un decantador secundario para su separación donde los lodos se reciclan y desechan, y el agua limpia se vierte al siguiente proceso.

Para que el tratamiento biológico funcione eficazmente, los organismos requieren nutrientes en una proporción equilibrada, entre los que se incluyen carbono, nitrógeno y fósforo (conocida como C:N:P), así como elementos traza, como hierro, cobre, zinc, níquel, manganeso, potasio, azufre y otros componentes que están normalmente presentes en las aguas residuales. La proporción C:N:P comúnmente aceptada es de 100:5:1, aunque algunas instalaciones prosperan fuera de esta proporción, mientras que otras experimentan la formación de limo de polisacáridos o el crecimiento de bacterias filamentosas que inhiben la biología y el asentamiento en el decantador secundario.

Se pueden emplear varios procesos biológicos para completar el tratamiento secundario, incluidos tanques de aireación secundario de flujo pistón, tanques de aireación de mezcla completa, reactores por carga secuencial (SBR), canales de oxidación, filtros percoladores, reactores biológicos de lecho móvil, lodos activados de película fija integrada, entre otros.

La eliminación biológica de nutrientes (BNR) altera el entorno de los microorganismos para eliminar el nitrógeno y el fósforo del agua. Un proceso de BNR consta de fases anaeróbicas (sin oxígeno ni nitrato), anóxicas (sin oxígeno, pero con nitrato presente) y aeróbicas (oxígeno presente), durante las cuales el agua se desplaza a través de una serie de cámaras para realizar diversas funciones biológicas.

También se pueden utilizar procesos de tratamiento químico, tales como la eliminación química de fósforo. Al introducir un precipitante químico en el tanque de aireación y los decantadores, el fósforo se elimina mediante floculación, creando compuestos insolubles que sedimentan y se pueden eliminar en forma de lodo.

1. Aireación
2. Decantador secundario

En el tratamiento terciario, se utilizan técnicas como la filtración, la desinfección, la absorción de carbono, entre otros procesos para eliminar la carga orgánica, los sólidos en suspensión o disueltos, los patógenos y los metales pesados que pasan a través de otros procesos de tratamiento. También denominado pulido de efluente, el tratamiento terciario eleva la calidad del efluente hasta el nivel adecuado para su uso previsto, ya sea para el vertido en lagos, ríos u océanos, la reutilización para riego, excepto cultivos, (p. ej., parques, campos de golf, zonas verdes, etc.), la recarga de acuíferos o, en algunos casos, como suministro de plantas de agua potable. El efluente de una planta de aguas residuales se debe supervisar para garantizar que cumple con los límites de vertido permitidos, que varían en función de la jurisdicción y del país.

1. Filtración
2. Desinfección

El método para la gestión de los lodos eliminados del proceso depende del volumen de sólidos, así como de otras condiciones específicas de las instalaciones. La digestión aeróbica se utiliza a menudo en instalaciones con un influente de menos de ocho millones de galones por día. Los lodos activados de desecho y los lodos primarios, si es que los hay, se añaden a un tanque de aireación donde los microorganismos devoran la materia orgánica y los microorganismos presentes en los lodos para reducir el contenido de sólidos volátiles y la masa total de lodos. La digestión anaeróbica se suele utilizar en instalaciones con un influente de más de ocho millones de galones por día, e implica el uso de reactores de sellado para crear un ambiente anaerobio para que los diferentes organismos devoren la materia orgánica y los microorganismos presentes en los lodos a través de los procesos de acidogénesis y metanogénesis. El metano que se forma durante la digestión anaeróbica se puede utilizar para que las calderas de combustibles calienten el digestor, o se puede quemar, limpiar o reutilizar como fuente de energía renovable.

El espesamiento implica la concentración de lodos eliminando un porcentaje de la parte líquida mediante la adición de compuestos poliméricos, y se emplea con frecuencia antes de la digestión anaeróbica. La deshidratación con filtros banda, centrífugas u otros medios concentra aún más el lodo formando una torta. La torta se puede secar aún más, o simplemente desecharse en suelos agrícolas o vertederos.

1. Espesamiento y digestión
2. Deshidratación de lodos y procesamiento de biosólidos

Un campo de especialización en auge dentro de la industria del tratamiento de aguas residuales son los sistemas inteligentes de tratamiento de aguas que utilizan tecnologías digitales, además de sensores, controladores y algoritmos avanzados que permiten a los operadores de planta aumentar la rentabilidad y así ahorrar costes de funcionamiento de la planta.

Claros, the Water Intelligence System de Hach, integra todas las fuentes de datos de la planta, incluidos los datos de los sistemas, los datos de los dispositivos y los datos recopilados de forma manual, para una toma de decisiones que maximice la eficiencia y el ahorro de costes.

Gracias a estos sistemas, es más sencillo realizar un seguimiento y verificar datos sobre caudal, composición del agua, oxígeno disuelto, niveles de nutrientes y otros factores. Esto genera opciones de tratamiento más eficaces, capacidades de automatización, visualización de datos y generación de informes.

Los operadores pueden utilizar esta información detallada basada en datos de la calidad del agua, el caudal y otros factores, para reducir el sobretratamiento (reactivos y tiempo de funcionamiento de la soplante de aireación), mientras saben que sus plantas se mantienen dentro de los límites del cumplimiento normativo.

Dado que las normativas son cada vez más estrictas y las plantas necesitan encontrar formas de ahorrar costes, los sistemas inteligentes de tratamiento de aguas como Claros han adquirido relevancia y están siendo ampliamente adoptados. Además, gracias al creciente conjunto de controladores, dispositivos, sistemas de control en tiempo real y sensores habilitados para Claros, así como los sistemas de gestión de procesos y los equipos de laboratorio de Hach, los operadores pueden configurar un sistema que se adapte a los requisitos exclusivos de su planta.