Sistemas de Desagues. Tratamiento de desechos cloacales y aguas servidas.

Unidad Nº3: Sistemas de Desagües en el Obrador

Descripción General de los sistemas de eliminación para desechos cloacales y aguas servidas

DESECHOS CLOACALES U ORGANICOS

La evacuación y disposición de desechos cloacales y aguas servidas debe efectuarse a redes de colección con bocas de registro y restantes instalaciones apropiadas a ese fin, debiendo evitarse:

a) la contaminación del suelo.

b) la contaminación de las fuentes de abastecimientos de agua.

c) el contacto directo con las excretas.

Cuando el número de personas no justifique la instalación de una planta de tratamiento, la disposición final se podrá realizar a pozo absorbente, previo pasaje por cámara séptica.

El tratamiento de los residuos sólidos hasta su disposición final debe respetar las tres etapas:

a) almacenamiento en el lugar donde se produjo el residuo.

b) recolección y transporte.

c) eliminación y disposición final.

Se deben proveer recipientes adecuados, con tapa, resistentes a la corrosión, fáciles de llenar, vaciar y tapar, ubicándose los mismos en lugares accesibles, despejados y de fácil limpieza. Los desperdicios de origen orgánico que puedan estar en estado de descomposición deben ser dispuestos en bolsas u otros envases de material plástico.

La recolección se debe realizar por lo menos una vez al día y en horario regular, sin perjuicio de una mayor exigencia específicamente establecida en el presente Reglamento (Decreto911/97), debiendo los trabajadores que efectúen la tarea estar protegidos con equipamiento apropiado. La operación se efectuará tomando precauciones que impidan derramamientos, procediéndose posteriormente al lavado y desinfectado de los equipos utilizados.

Sistema de cámara séptica con pozo absorbente o lecho nitrificante. Descripción.

Una cámara séptica es un elemento constructivo para el tratamiento primario de las aguas residuales domésticas. En ella se realiza la separación y transformación físico-química de la materia orgánica contenida en esas aguas. Se trata de una forma sencilla y barata de tratar las aguas residuales y está indicada (preferentemente) para zonas rurales o residencias situadas en parajes aislados. El tratamiento se perfecciona utilizando una estación depuradora de aguas residuales.

Las aguas residuales que no vayan a un sistema de desagüe urbano, con alcantarillado y posterior tratamiento municipal, es decir, edificios situados en zonas alejadas de los núcleos urbanos, deben ser tratadas en una fosa para que con el menor flujo del agua, la parte sólida se pueda depositar (cienos), liberando la parte líquida. Una vez hecho eso, determinadas bacterias anaerobias actúan sobre la materia orgánica de las aguas residuales descomponiéndola en sus componentes inorgánicos (materia inerte), y convirtiendo parte de los sólidos en materia soluble en el agua. Esta descomposición es importante, pues reduce la cantidad de materia orgánica, y en cerca del 40% la demanda biológica de oxígeno que se precisa para este menester, y así el agua puede devolverse a la naturaleza con menor perjuicio para ella.

La parte sólida restante debe ser retirada cada cierto tiempo (cada uno o dos años) y transportada a un lugar donde pueda ser tratada totalmente.

No hay que confundir este artefacto con el pozo negro, antiguo sistema de recogida de aguas residuales, muy imperfecto y que actualmente está prohibido en muchos países, por su deficiente tratamiento de los residuos.

Directivas de protección del ambiente

De acuerdo con las directivas de protección del ambiente, estas soluciones están sometidas a reglamentación vigente en cada región. Las fosas sépticas deben ser revisadas y vaciadas con cierta periodicidad (dependiendo de sus características, localización y diseño). Este proceso debe ser realizado por compañías especializadas (poceros), dotadas de las oportunas certificaciones y autorizaciones. Los residuos obtenidos han de procesarse en instalaciones adecuadas y específicas (como secadoras de lodos y depuradoras), y los residuos finales deben eliminarse de una forma regulada por los organismos oficiales competentes.

Las fosas pequeñas pueden tener una sola cámara pero, en general, es preferible que tengan dos. Los sólidos contenidos en las aguas vertidas irán al fondo (cienos) y en la superficie flotarán grasas y espumas. Las aguas usadas llegan a la fosa mediante una pieza en T, de modo que la entrada quede a nivel superior del contenido de la fosa, pero que las aguas entren por debajo de la superficie, para evitar movimientos de las espumas. La tubería de entrada (el ramal superior de la T) debe servir también para ventilar la fosa, puesto que en la digestión de la materia orgánica se producen gases (principalmente dióxido y monóxido de carbono y metano) que deben evacuarse. La ventilación se hará a través del sistema de saneamiento (la cámara no tiene ventilación propia) que debe tener un conducto vertical que salga por encima de la cumbrera de la casa (sistema de ventilación que es obligatorio en el saneamiento de todo tipo de edificios en las normativas).

 

Proceso de sedimentación

El proceso de purificación demora aproximadamente unas 24 horas.

Desde allí los efluentes deben ser dirigidos a un Pozo Absorbente o Lecho Nitrificante.

 

Construcción típica de una fosa séptica de 2 cámaras.

Sea cual sea el tamaño de la fosa, debe tener como mínimo 1 metro de profundidad, para separar adecuadamente cienos y espumas. Sumado a la zona libre superior, lleva a unas profundidades mínimas de 1,20 a 1,50 m.

Cuando tenga dos cámaras, la primera debe tener un volumen más o menos del doble que la segunda y la unión entre ambas se hará entre dos aguas, para que no pasen de una cámara a otra cienos y espumas. Ambas cámaras deben tener bocas de registro para poder retirar los cienos periódicamente.

En la primera cámara se hace una digestión aerobia de la materia orgánica, y por eso debe estar ventilada, mientras que en la segunda se hace anaerobia, formando un ambiente más adecuado para las bacterias. La salida de esta segunda cámara debe tener también un dispositivo (otra T) que impida la salida de las espumas.

 

El funcionamiento de una fosa es tanto más efectivo cuanto más tiempo permanezcan las aguas usadas en ella, por lo que deben hacerse del mayor tamaño posible.

Existe la posibilidad de acelerar el proceso de oxidación de la materia orgánica haciendo burbujear aire por las aguas contenidas en la primera cámara, mediante una bomba, para acelerar la digestión aerobia. Se emplea este artificio en instalaciones grandes, para varias viviendas agrupadas y aisladas de los sistemas de alcantarillado, formando ya una pequeña depuradora.

También deben tomarse otras previsiones para ayudar a este fin. Nunca se deben verter las aguas pluviales a la fosa, sino directamente al terreno, ya que son aguas limpias.

Es conveniente instalar un sistema separador de grasas a la salida de las aguas de la cocina y antes de la unión de ese conducto con el procedente de los inodoros (mejor cuanto más cerca esté de la vivienda, para evitar la colmatación de los conductos de desagüe) pues la fosa no procesa adecuadamente estos productos, salvo que sea una fosa con burbujeo de oxígeno. El separador debe también vaciarse periódicamente.

De ningún modo debe echarse por cualquiera de los conductos que llevan a la fosa cosas que no sean orgánicas (como pañales, compresas, etc.) que deberán tirarse a la basura corriente.

 

Efluentes de la cámara séptica

El efluente no se debe verter directamente a cauce pues, normalmente, la digestión no ha terminado; debe haber un sistema de filtración, como puede ser un sistema de lecho nitrificante mediante zanjas con tuberías porosas (drenes) sobre lecho de arena o un pozo absorbente, con o sin relleno de arena y de paredes también porosas, que retengan todavía el efluente y lo filtren hacia el terreno poco a poco, antes de llegar a una capa freática o a un cauce.

Las fosas pueden construirse in situ o encontrarlas ya prefabricadas. La fosa prefabricada de menor tamaño tiene una capacidad de aproximadamente mil litros, midiendo 1.10 x 1.10 metros. Para volúmenes mayores es recomendable que la longitud sea superior al doble del diámetro.

El vaciado de los lodos debe hacerse cada año o cada dos años. Se hace normalmente mediante un camión cisterna que con una bomba extrae los lodos. Normalmente no es necesario entrar en la fosa, pero si se hiciera, debe tenerse en cuenta que tras la fermentación del residuo, el ambiente de una fosa contiene gases orgánicos (principalmente metano, monóxido y dióxido de carbono -el dióxido de carbono es, además, más denso que el aire, luego se queda en el fondo-) y con un gran defecto de oxígeno. Por tal razón, no se debe entrar en ellas sin antes dejarlas ventilar; debiendo usarse además medios auxiliares de respiración (máscaras de oxígeno autónomas, o bombas de aireación.

El tratamiento de los residuos en la fosa llega como mucho a un 30 a 40% de la materia orgánica, por lo que debe terminarse mediante los dispositivos de drenaje (drenes, pozo) en el propio suelo, el cual debe ser permeable, pero no excesivamente para evitar que el efluente llegue demasiado deprisa a las capas freáticas. Cuando el nivel freático es muy poco, hay que recurrir a procedimientos específicos, como pozos de arena o incluso filtros bacterianos, lo que lo convertiría en una minidepuradora.

La extensión del campo de drenes será directamente proporcional a los efluentes que reciba e inversamente  proporcional a la permeabilidad del terreno, que habrá que medir antes de instalar los drenes, y en su caso corregir, con lechos de arena, por ejemplo.

 

Sistema de cámara séptica y pozo absorbente

En predios donde no existe una empresa de servicios sanitarios se utiliza el Sistema Estático á compuesto por una Cámara Séptica y un Pozo Absorbente.

 

Lecho nitrificante

Cuando contamos con un predio de grandes dimensiones se puede optar con construir un Lecho nitrificante.

Algunas observaciones sobre el mismo.

 Dependiendo de la longitud  de cañerías que necesitamos ese lecho puede adquirir diversas formas. Siempre que tengamos que construir en un área urbana un sistema estático, tenemos que tener presente que en algún momento puede haber una empresa que va a proveer el servicio sanitario y nos obligará a conectarnos a su red. Es importante tener esto presente a la hora de diseñar la instalación.

 

Desagües a Planta de Tratamiento. Descripción. Sistemas evolucionados. Croquis.

Las aguas cloacales (residuales) están compuestas principalmente por el desecho de tres grupos principales:

Aguas de uso doméstico: son, simplemente, las que se utilizan para el aseo personal, en la cocina y para limpieza

 Residuos humanos: son las que se usan para el transporte de materia fecal y orina hacia las cloacas.

Residuos no domiciliarios: provenientes de actividades industriales, comerciales y de servicios. Este grupo suele contener la mayor carga de contaminación por lo que suele exigirse un pretratamiento de las aguas que se vuelcan a la red cloacal (principalmente a las industrias), que en muchos casos no se cumple o es ineficiente.

Características del líquido cloacal

El conocimiento de la naturaleza del agua residual es fundamental tanto para su tratamiento y evacuación, como para la gestión de la calidad medioambiental. Las aguas residuales se caracterizan por su composición física, química y microbiológica. Estas propiedades se relacionan entre sí; por ejemplo, una propiedad física como la temperatura afecta tanto a la actividad microbiológica como a la cantidad de gases disueltos en el agua.

Características físicas

Las características físicas más importantes de un agua residual son el contenido total de sólidos, el olor, la temperatura, la densidad, el color, la turbiedad y el pH.

·        Sólidos. Analíticamente, se define el contenido de sólidos como el residuo después de someter al agua a un proceso de evaporación a aproximadamente 105 °C. Los sólidos sedimentables se definen como aquellos que sedimentan en el fondo de un recipiente con forma de cono (llamado cono Imhoff) en el transcurso de un tiempo determinado. Los sólidos sedimentables se expresan en ml/l y constituyen una medida aproximada de la cantidad de barros que se obtendrán en la decantación. Normalmente no es posible eliminar este tipo de sólidos por decantación, por lo que se debe recurrir a la oxidación biológica o a la coagulación con agentes químicos y posterior decantación.

·        Contaminación debida a los sólidos. El vuelco de sólidos a cursos de agua puede causar interferencia en el curso natural de las aguas. Por la sedimentación excesiva de sólidos pueden crearse ambientes propicios para degradación anaerobia. Por otro lado, la presencia de sólidos suspendidos en el agua interfiere en el normal desarrollo de la vida acuática, disminuyendo la profundidad a la que penetra la luz solar.

·        Olores. Normalmente, los olores son debidos a los gases liberados durante el proceso de descomposición de la materia orgánica. El olor más característico del agua residual descompuesta es debido a la presencia de sulfuro de hidrógeno que se produce de la reducción de sulfatos por acción de microorganismos anaerobios. Las aguas residuales de las industrias pueden contener compuestos olorosos en sí mismos.

·        Efectos de los olores. A bajas concentraciones, la influencia de los olores sobre el normal desarrollo de la vida humana tiene más importancia por la tensión psicológica que generan, que por el daño que pueden producir al organismo. Los olores molestos pueden reducir el apetito, inducir a menores consumos de agua, producir desequilibrios respiratorios, náuseas y vómitos, y crear perturbaciones mentales.

·        Compuestos olorosos asociados al agua residual

 

Compuestos olorosos	Calidad del olor
Amoníaco	Amoniacal
Sulfuro de Hidrógeno	Huevos podridos
Sulfuros orgánicos	Coles podridas
Eskatol (C9H9N)	Materia fecal

·      Temperatura. La temperatura del agua es un parámetro muy importante dada su influencia tanto sobre el desarrollo de la vida acuática como sobre las reacciones químicas y velocidades de reacción, así como la aptitud del agua para determinados usos útiles. Por otro lado, el oxígeno se hace menos soluble con el aumento de la temperatura del agua. El aumento de las velocidades de las reacciones químicas que produce un aumento de la temperatura, combinado con el vertido de cantidades considerables de agua caliente puede provocar la disminución drástica de la concentración de O2 en las aguas dependiendo, también, del curso receptor. Hay que tener en cuenta, además, que un cambio brusco en la temperatura puede conducir a un fuerte aumento de la mortalidad de la vida acuática y puede dar lugar a la proliferación de plantas acuáticas y hongos.

·      Densidad. Es importante durante el tratamiento ya que de ella depende la potencial formación de corrientes de densidad en lodos de sedimentación y otras instalaciones de tratamiento.

·      Color. Sirve, junto con el olor, para determinar cualitativamente la edad de un agua residual. El agua residual reciente suele tener un color grisáceo. Al aumentar el tiempo de transporte en las redes de alcantarillado y desarrollarse condiciones más próximas a las anaerobias, el color del agua cambia de gris a gris oscuro, para adquirir finalmente un color negro. Llegado este punto, suele clasificarse el agua como séptica (contiene gérmenes patógenos, putrefacción). Algunas aguas residuales industriales pueden añadir color a las residuales domésticas. En la mayoría de los casos, el color gris oscuro o negro del agua es debido a la formación de sulfuros metálicos por reacción del sulfuro generado por la descomposición anaerobia con los metales presentes en el agua.

·      Turbiedad. La turbiedad, como medida de la capacidad de transmisión de la luz de un agua, es otro parámetro que se utiliza para indicar la calidad de las aguas vertidas en relación con la materia coloidal y residual en suspensión.

·      PH. El pH es un parámetro crítico para el desarrollo adecuado y la proliferación de los microorganismos y la mayor parte de las formas de vida, por lo que un agua residual con un pH inadecuado resulta muy difícil de tratar. También hay que tener en cuenta que este parámetro gobierna innumerables procesos químicos que pueden no ser favorables para las personas o el medio ambiente y que pueden estar favorecidos por un cambio en este. Un ejemplo muy claro es la posibilidad de que un efluente que contenga cianuro de sodio se encuentre con un efluente ácido generando ácido cianhídrico, que es un gas letal.

 

Características químicas

Para el estudio de las características químicas de las aguas cloacales se deben tener en cuenta la materia orgánica presente, la materia inorgánica y los gases disueltos.

·      Materia orgánica. Cerca del 75% de los sólidos en suspensión y del 40% de los sólidos filtrables de un agua residual son de naturaleza orgánica. Son sólidos que provienen de los reinos animal y vegetal, y de las actividades humanas relacionadas con la síntesis de compuestos orgánicos. El agua residual contiene pequeñas cantidades de un gran número compuestos orgánicos cuyas estructuras pueden ser simples como extremadamente complejas. En este grupo se encuentran los detergentes, los contaminantes orgánicos prioritarios, los compuestos orgánicos volátiles y los pesticidas de uso agrícola.

·      Grasas y aceites. Las grasas y aceites son compuestos de alcohol (ésteres) o glicerol (glicerina) y ácidos grasos. Químicamente son parecidos y los que son sólidos a temperatura ambiente se denominan grasas y aceites aquellos que están en estado líquido. Las grasas se encuentran entre los compuestos orgánicos de mayor estabilidad y no son fáciles de degradar biológicamente. Contaminan los cursos de agua formando una película sobre la superficie que impide el pasaje del oxígeno al agua.

·      Detergentes. Se clasifican como biodegradables y no biodegradables. Para la eliminación de estos últimos debe recurrirse a métodos fisicoquímicos. Generan espumas que interfieren con el proceso de depuración en las plantas de tratamiento y le dan un mal aspecto al las mismas.

·      Pesticidas y Productos Químicos de Uso Agrícola. Estos compuestos suelen incorporarse a las aguas mismas como consecuencia del escurrimiento de tierras en  parques, campos agrícolas y otras causas. La mayoría de estos productos son tóxicos para la mayor parte de las formas de vida, por lo que se consideran peligrosos contaminantes de las aguas superficiales. Las concentraciones de estos productos químicos pueden provocar la muerte de peces, contaminación de la carne del pescado (con lo que se reduce su valor nutritivo), y el empeoramiento de la calidad del agua.

·      Materia inorgánica. Son varios los componentes inorgánicos de las aguas residuales que tienen importancia para la determinación y control de calidad del agua. Las aguas residuales, salvo el caso de determinados residuos industriales, no se suelen tratar con el objetivo de eliminar los constituyentes inorgánicos.

·      Alcalinidad. En las aguas residuales, está provocada por la presencia de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de calcio, magnesio, sodio, potasio y amonio. De todos ellos, los más comunes son el bicarbonato de calcio y el de magnesio. La presencia de estos compuestos ayuda a regular los cambios de pH producidos por la adición de ácidos. Normalmente, el agua residual es alcalina.

·      Metales pesados. Entre ellos se destacan el Ni, Mn, Pb, Cr, Cd, Zn, Cu, Fe, Hg, As. Algunos son imprescindibles para el normal desarrollo de la vida y la ausencia de cantidades suficientes podría limitar el crecimiento de las algas, por ejemplo. Debido a su toxicidad, la presencia en cantidades excesivas de cualquiera de ellos interferirá con el uso que se le pueda dar al agua. Es por ello que es conveniente medir y controlar las concentraciones de dichas sustancias. Algunos de ellos son de uso común en la actividad agrícola y la industrial, por lo que sus límites están legislados.

 

Metales pesados legislados y sus efectos
Metal	Efectos
Cromo	Carcinógeno y corrosivo. A largo plazo provoca daño en los riñones y sensibilidad de la piel.
Cadmio	Carcinógeno y altamente tóxico. A largo plazo se concentra en el hígado, riñones, páncreas y tiroides. Puede provocar hipertensión.
Plomo	Tóxico por ingestión o inhalación. A largo plazo produce daños cerebrales y en los riñones. Produce defectos de nacimiento.
Mercurio	Altamente tóxico por adsorción cutánea y por inhalación. A largo plazo produce daños al sistema nervioso. Puede causar defectos de nacimiento.
Arsénico	Carcinógeno y mutagénico (altera la formación genética produciendo mutaciones). A largo plazo puede provocar fatiga y falta de energía. También produce enfermedades en la piel.

·        Oxígeno disuelto. Es necesario para la respiración de los microorganismos aerobios y otras formas de vida. Es ligeramente soluble en agua y su presencia, al igual que la del resto de los gases, está condicionada por la presión parcial del gas en la atmósfera, la temperatura, la pureza del agua (salinidad, sólidos suspendidos, etc.). Dado que evita la formación de olores desagradables en las aguas residuales, es deseable y conveniente disponer de oxigeno disuelto.

·        Sulfuro de Hidrógeno. Como ya fue mencionado, proviene de la descomposición anaerobia de la materia orgánica que contiene azufre o la reducción de sulfitos y sulfatos minerales. Su formación queda inhibida en presencia de grandes cantidades de oxígeno. Es un gas incoloro, inflamable y con un olor típico. El ennegrecimiento de las aguas residuales se debe principalmente a la formación de sulfuro ferroso y otros sulfuros metálicos.

 

Características microbiológicas

Organismos Patógenos

Tal vez la característica más importante de las aguas residuales en este aspecto es la presencia de organismos patógenos procedentes de desechos humanos que estén infectados o sean portadores de una cierta enfermedad. Los principales grupos de organismos patógenos son las bacterias, los virus, los protozoos y los helmintos. Los organismos bacterianos patógenos que pueden ser excretados por el hombre causan enfermedades del aparato intestinal como la fiebre tifoidea y paratifoidea, la disentería, diarreas y cólera. Debido a la alta infecciosidad de estos organismos, cada año son responsables de gran número de muertes en países con escasos recursos sanitarios.

Introducción

Las aguas residuales recorren la planta depuradora y pasan por una serie de etapas o procesos. La combinación de estas etapas dependerá del líquido a depurar y la exigencia para su vuelco. Mediante estas etapas de tratamiento el líquido cloacal se separa en efluente tratado y en lodo o barro. El efluente tratado se descarga en un cuerpo receptor o reutiliza, mientras que el lodo se trata y dispone (en rellenos sanitarios) o se reutiliza (elaboración de biosólidos).

 

Etapas del tratamiento de efluentes

Genéricamente, todas las plantas de tratamiento obedecen el siguiente esquema básico:

En la actualidad existen muchas formas de realizar cada una de las etapas, que van desde los métodos más simples y generalmente manuales, a los más complejos y automatizados.

 

Pretratamiento

El objetivo del pretratamiento es la remoción de los sólidos gruesos y sólidos inertes. Los sólidos gruesos son basura, en general, plásticos, ramas, trapos, etc. arrastrados por la corriente de líquidos residuales y que ingresan el sistema de drenaje, generalmente, por descuido o mal uso. Los sólidos inertes son principalmente arena y partículas de tierra. La importancia del pretratamiento es que si no se separan estos materiales en esta etapa, más adelante pueden obstruir cañerías, dañar equipos electromecánicos, ocupar espacio útil u ocasionar distorsiones en la unidad de tratamiento siguiente. Esta etapa del proceso puede ser realizada con los siguientes dispositivos:

·        Rejas: utilizadas para la remoción de residuos de tamaño relativamente grande que pueden producir daños en las estaciones de bombeo o depósitos en los canales, provocando obstrucciones. Se colocan antes de los pozos de bombeo. Para rejas gruesas se podrá retener partículas con diámetro entre 4 y 10 centímetros, para rejas medias entre 2 y 4 centímetros y para rejas finas entre 1 y 2 centímetros.

·        Tamizado: los tamices son utilizados para la remoción de residuos de tamaño comprendido entre 0,25 y 2,5 cm de diámetro, que pueden producir daños en las estaciones de bombeo o depósitos en los canales, provocando obstrucciones y acumulaciones en la planta de tratamiento. Suelen colocarse a continuación de los sistemas de rejas.

·        Desarenado: remoción de arena y sólidos discretos con el objeto de proteger los equipamientos subsecuentes contra la abrasión, evitar obstrucciones, canalizaciones y depósitos de materiales inertes en los decantadores y digestores.

·        Compensación: se utiliza para atenuar variaciones y obtener un efluente líquido de caudal y calidad uniformes, cuando se tienen oscilaciones significativas en cuanto a la cantidad y calidad de la corriente de desecho. Esta operación reduce la variabilidad del tratamiento, permitiendo la utilización de plantas más compactas con un mejor aprovechamiento de todas las unidades.

·        Separación de aceites y grasas: se utilizan desengrasadores gravitatorios de diseño simple que permiten la separación de grasas no emulsionadas por el efecto de flotación natural, y sin el agregado de aire en el efluente.

·        Neutralización: consiste en el agregado de soluciones ácidas o alcalinas para llevar el pH extremadamente alto o bajo de un efluente líquido, a valores cercanos a la neutralidad (rango de pH: 6 a 9).

 

Tratamiento primario

El objetivo en esta etapa es la remoción física de los sólidos en suspensión y materia orgánica. Los métodos para llevar a cabo esta etapa son:

·        Sedimentación: remoción de las partículas sedimentables, granulares y floculantes por la acción de la gravedad.

·        Flotación: separación de la materia suspendida. Se utiliza principalmente para lograr el espesamiento de suspensiones de barros químicos o biológicos. Consiste en la inyección de aire a presión en la masa líquida, la cual se conduce a un tanque a presión atmosférica, provocando la liberación del aire disuelto en pequeñas burbujas que permiten el ascenso de las partículas suspendidas, para ser recogidas en la superficie.

·        Coagulación: es el proceso de adición de reactivos químicos para producir la desestabilización de las partículas coloidales y permitir en la etapa de floculación su aglomeración con otras partículas suspendidas, de modo tal que se puedan formar agregados capaces de sedimentar en forma más rápida.

·        Floculación: consiste en la aplicación de agitación suave a la corriente que ha sido sometida a una etapa de coagulación, para promover el contacto entre las partículas y posterior formación de partículas mayores.

 

Tratamiento secundario

El objetivo en esta etapa es la degradación de la materia orgánica en un reactor biológico, a través de la actividad microbiológica (generalmente bacteriana) que la utilizan como substrato y alimento. Estos reactores son el lugar donde tiene lugar la formación de la masa de microorganismos. Parte de esta biomasa se desprende y es arrastrada por el efluente, por lo que, generalmente, los reactores son seguidos por sedimentadores.

 Los sólidos sedimentados se recirculan al reactor biológico pero parte se descarta, a fin de mantener bajo control la población de microorganismos. Los sistemas biológicos utilizados a nivel industrial que se aplican por lo general como tratamiento secundario pueden ser de tipo aerobio y anaerobio.

Entre los procedimientos aeróbicos existe una diversidad de tecnologías disponibles como barros activados, lagunas de aireación, lechos percoladores, etc.

Los procesos anaeróbicos son fundamentalmente procesos de digestión que pueden aplicarse a residuos líquidos o sólidos e incluyen generalmente separación y aprovechamiento del gas producido. La transformación de la materia orgánica en metano y CO2 se lleva a cabo en tres etapas consecutivas en las cuales intervienen diferentes grupos de bacterias con formación de ácido acético, propiónico, butírico, láctico, fórmico, CO2 e H2 para llegar finalmente a metano y C02.

Cuando se comparan procesos aerobios con anaerobios se suele enfatizar que existe una marcada preferencia por el uso de procedimientos anaerobios debido fundamentalmente a la economía de energía lograda, dado que los costos de operación de los sistemas aerobios son cada vez más elevados. Sin embargo, la comparación debe hacerse en forma más completa.

Por ejemplo, debe tenerse en cuenta la presencia de compuestos tóxicos (como el fenol) o de los llamados recalcitrantes o xenobióticos (compuestos ajenos al organismo que pueden producir una alteración química en el mismo), que son aquellos cuya biodegradabilidad es muy dificultosa.

 

Tratamientos biológicos aeróbicos

·        Cultivo Suspendido

·        Barro activado convencional: en general el barro activado convencional se diseña con un tiempo de retención celular promedio de entre 3 y 15 días de permanencia. Este valor de tiempo de retención celular promedio se corresponde con un tiempo de residencia hidráulica de entre 4 y 8 horas para líquido cloacal doméstico si la concentración de sólidos suspendidos del líquido mezcla es de alrededor de 2000 mg/L. La recirculación generalmente oscila entre el 10 y el 30% del caudal de la alimentación y el barro de purga puede provenir tanto de la línea de recirculación como de la cámara de aeración.

·        Barro activado aeración extendida: la versión de la aeración extendida en el proceso de barro activado fue concebida para superar dos inconvenientes del sistema convencional: la gran cantidad de barro residual que debe ser dispuesto y la necesidad de controlar de cerca la operación del proceso. Se caracteriza por favorecer un contacto prolongado entre el líquido y la masa de microorganismos, de modo tal que se obtenga una elevada eficiencia del proceso y una oxidación en la fase endógena, hasta que el lodo residual presente características de buena sedimentabilidad y filtrabilidad, sin presencia de olor.

·        Reactor discontinuo secuencial (SBR): este sistema es un tipo de barro activado, en el cual se combinan en un único reactor las funciones de aeración, sedimentación y decantación. El proceso emplea un ciclo de cinco etapas: llenado, reacción, sedimentación, vaciado y eliminación del barro. Durante la etapa de llenado, el efluente ingresa al tanque y se mezcla con la biomasa sedimentada remanente del ciclo anterior. A continuación comienza la etapa de reacción, que implica la aeración del efluente y del licor mezcla para oxidar la materia orgánica presente. La aeración y agitación se detienen durante la etapa de sedimentación, permitiendo que los sólidos sedimenten. El líquido sobrenadante se clarifica durante la etapa de decantación y finalmente los sólidos se remueven del fondo del tanque durante la etapa de vaciado. La mayoría de las instalaciones cuenta con dos o más tanques en paralelo, de modo tal que cuando el primer tanque finaliza su ciclo, el segundo reactor se encuentra en la etapa de llenado.

·        Zanjas de oxidación: este tipo de sistema de tratamiento conserva los mismos principios básicos de los sistemas de barros activados, con períodos de aeración mayores de los que se adoptan en general, en los procesos convencionales, y características que lo incluyen entre la modalidad de aeración prolongada u oxidación total.

 

• Película Fija

·        Lecho percolador: es un tipo de reactor biológico de película fija con configuración de columna rellena. Si bien en un principio el relleno de los lechos percoladores estaba constituido exclusivamente por piedra, lo que limitaba su altura a aproximadamente 2 metros, en la actualidad se utilizan diferentes tipos de rellenos plásticos de menor peso y mayor superficie específica, donde se ha podido alcanzar alturas de reactores mayores. En este tipo de reactores, los microorganismos crecen formando una película biológica delgada sobre el material de relleno. Simultáneamente la película biológica remueve la materia orgánica contenida en el agua residual que percola a través del relleno o lecho sin inundarlo.

·        Lecho percolador de baja carga: son sistemas de tratamiento relativamente simples que pueden producir un efluente de buena calidad. En la mayoría de estas unidades solamente la parte superior del lecho (0,6 a 1,2 m) tendrá un crecimiento biológico considerable. Por lo tanto, si las condiciones climáticas y las características del líquido a tratar son favorables, en la parte inferior del lecho suele establecerse una población de microorganismos autotróficos capaces de transformar en nitrato el amoníaco del líquido residual.

·        Lecho percolador de alta carga: en este tipo de lechos percoladores es posible tratar cargas orgánicas mayores mediante el uso de recirculación. La recirculación generalmente permite incrementar el arrastre del mayor volumen de biomasa generada evitando problemas de colmatación y reduciendo los problemas de olores y moscas.

·        Discos biológicos rotativos: consisten en una serie de discos montados sobre un eje en forma paralela. El conjunto se coloca en el interior de un tanque ubicando el eje ligeramente sobre la superficie del líquido, de modo que los discos se encuentran semisumergidos. Los microorganismos se adhieren y crecen sobre la superficie que ofrecen los discos mientras el eje gira lentamente, permitiendo que todos los microorganismos entren en contacto con el líquido a tratar. La aeración del sistema se logra mediante dos mecanismos: cuando una parte del disco biológico emerge de la fase líquida, queda sobre su superficie una película líquida muy delgada que está expuesta a la atmósfera. De este modo, durante el período de emergencia del disco se produce una transferencia de oxígeno desde el aire hacia la película líquida. Al volver a sumergir el disco y su película líquida con alto contenido de oxígeno en la fase líquida se produce la aeración de la misma.

 

Tratamiento biológico anaeróbico

·        Reactor de manto de barros (UASB): en este tipo de tratamiento, la corriente a tratar es introducida por el fondo del reactor y fluye en forma ascendente a través del manto de barros compuesto de gránulos o partículas conformadas por microorganismos. El tratamiento se produce cuando el efluente se pone en contacto con los gránulos, generándose metano y dióxido de carbono como resultado de la reacción de degradación. La corriente gaseosa se recoge en la parte superior del reactor en un colector de gases, contándose además con un sistema de retención de los gránulos que ascienden por acción de las burbujas de gas generadas y un colector de nieblas que permite separar la fase líquida.

 

·        Filtro anaeróbico: es un sistema en el cual se realiza la inmovilización de la biomasa sobre un material que actúa de medio soporte fijo. El flujo hidráulico circula por los intersticios del lecho formado por el material de soporte y la biomasa, ocurriendo allí las reacciones de degradación de la materia orgánica. En condiciones favorables, cuanto mayor es el área superficial del material de soporte por unidad de volumen, mayor será la biomasa adherida y, en consecuencia, mayor la capacidad de tratamiento.

 

·        Lagunas de estabilización: Son grandes tanques excavados en la tierra, aisladas, de profundidad reducida, generalmente menores a los 5 metros, diseñados para el tratamiento de aguas residuales, por medio de la interacción de la biomasa (algas, bacterias, protozoarios, etc.), la materia orgánica del desecho y otros procesos naturales tales como factores físicos, químicos y meteorológicos.

 

·        Laguna anaeróbica: son estanques de profundidad entre 2,5 y 5 metros, dimensionadas para recibir cargas orgánicas superiores a 0,1 kg DBO/m³ día, con tiempos de retención de 3 a 6 días. La elevada carga orgánica suprime la actividad fotosintética de las algas, con lo cual se tiene ausencia de oxígeno en todos sus niveles. En estas condiciones las lagunas actúan como un digestor anaeróbico abierto sin mezcla, obteniéndose un efluente con alta proporción de materia orgánica, el cual requiere un proceso de tratamiento complementario.

Laguna anaerobia

·        Laguna facultativa: son cuerpos de agua superficiales, de 1 a 2 metros de profundidad que se extienden sobre un área relativamente grande, en la cual los efluentes permanecen por un período aproximado de 15 a 50 días. La remoción de materia orgánica se logra a través de procesos físicos, químicos y biológicos, que involucran la acción de algas y bacterias bajo la influencia de la luz solar (fotosíntesis), produciéndose la estabilización de la materia orgánica bajo la forma de células de algas nuevas y compuestos finales inorgánicos, como el CO2. Las características principales de las lagunas facultativas son el comensalismo entre algas y bacterias en el estrato superior y la descomposición anaeróbica de los sólidos sedimentados en el fondo.

 

·        Laguna aeróbica: son sistemas de gran extensión y muy poca profundidad, alrededor de 0,5 m, que presentan una alta concentración de algas y de oxígeno disuelto en su totalidad. En general se utilizan al final de un tren de tratamiento que incluye lagunas anaeróbicas y facultativas y el objetivo principal es lograr la remoción de organismos patógenos, sólidos en suspensión y nutrientes, brindando además la posibilidad de mejorar la calidad del efluente, por lo cual pueden llegar a considerarse como un tratamiento terciario.

• Laguna aireada: las lagunas aireadas son tanques excavados en el terreno de profundidad comprendida entre los 2,5 y 4 metros, provistas de aireadores superficiales mecánicos que se encuentran instalados sobre boyas, tarimas o fijados a columnas o unidades de aire difuso, los cuales permiten transferir el oxígeno al seno del líquido. En este tipo de lagunas la aireación suministrada artificialmente reemplaza a la oxigenación realizada por las algas en las lagunas de estabilización.

 

• Laguna de decantación: son lagunas que se colocan a continuación de la laguna aireada a fin de obtener un efluente que pueda ser vertido a un curso receptor con una concentración reducida de sólidos en suspensión, y en consecuencia con menor concentración de materia orgánica.

 

Tratamiento terciario

Este tipo de tratamiento, también conocido como tratamiento avanzado, tiene por objetivo el mejoramiento de la calidad del efluente que abandona la etapa de tratamiento secundario.

• Intercambio iónico. Consiste en el intercambio de iones que se encuentran en solución por otros iones presentes en un medio. Esta operación se utiliza para la eliminación de dureza en el tratamiento de aguas y para la remoción de metales tóxicos o recuperación de metales preciosos en el tratamiento de efluentes líquidos. Existe una gran cantidad de sustancias naturales aptas para el intercambio de iones, aunque en la actualidad se ha desarrollado una amplia variedad de medios sintéticos, tales como las resinas, que son altamente específicos para algunos iones y que presentan elevada eficiencia de remoción.

 

·        Adsorción. Es la concentración de un soluto en la superficie de un sólido, dándose este fenómeno cuando la superficie se encuentra en contacto con la solución. La fase sólida se denomina adsorbente, siendo el carbón activado el más ampliamente utilizado, mientras que el soluto adsorbido recibe el nombre de adsorbato.

 

 

·        Desinfección. Es la etapa final del tratamiento. La finalidad de la desinfección es la destrucción de los organismos que causan enfermedades. En el campo de las aguas residuales, las tres categorías de organismos entéricos que causan enfermedades son las bacterias, los virus y los quistes amebianos. Para determinar la eficiencia de la desinfección se utilizan organismos indicadores (coliformes) cuya eliminación se considera indicativa de que todos los organismos han muerto. La desinfección puede realizarse por métodos físicos (rayos ultravioletas, calor) o químicos (Hipoclorito de sodio, ácido hipocloroso, dióxido de cloro, cloro gaseoso, ozono).

 

 

·        Muestreo. La integridad de cualquier resultado del laboratorio depende de un correcto muestreo y traslado de las muestras desde la planta hacia el laboratorio. El muestreo se debe realizar en puntos predeterminados en los que se requiera conocer determinadas características del líquido cloacal (por ejemplo, sólidos sedimentables a la entrada y salida de los sedimentadores) al fin de mantener el proceso bajo control. Para obtener muestras representativas deben dejarse de lado los posibles materiales flotantes acumulados en los rincones donde el agua está parcialmente estancada. Debido a la alta complejidad de las matrices y la rápida alteración de las mismas en este tipo de muestras, es necesario un traslado rápido al laboratorio, como así también rapidez en el análisis. Pueden tomarse dos tipos de muestras diferentes, dependiendo del tiempo disponible de los análisis. Una es una muestra instantánea. La otra es una muestra media, que consiste de porciones de aguas residuales que se toman a intervalos regulares de tiempo, siendo proporcional el volumen de cada porción al flujo del agua en el momento de la recolección. Todas las porciones se mezclan para formar una muestra final representativa. El rotulado de la muestra debe contener el tipo de muestra, lugar de extracción, nombre del extractor, tipo de análisis, destino (si no se analiza en el lugar), fecha, hora y observaciones (de ser necesario).