El tratamiento de aguas residuales no siempre fue algo necesario. Pero con la expansión de la población humana por todo el mundo, la purificación natural de los cuerpos de agua se ha saturado. Y a causa de ello, fue nuestro deber aprender a procesar nuestras aguas residuales para garantizar nuestra salud y la de los ecosistemas. En este artículo analizaremos lo métodos más populares y efectivos de purificación de aguas residuales.
¿Qué es el tratamiento de aguas residuales?
Se conoce como tratamiento de aguas residuales a un proceso que involucra la eliminación de los contaminantes de las aguas utilizadas por seres humanos para convertirlas en un efluente que pueda ser devuelto a la naturaleza de forma segura. Una vez devuelto al ciclo del agua natural, el efluente crea un impacto menos negativo o nulo sobre el medio ambiente, o se reutiliza para diversos fines.
Dado que el agua perfectamente pura no existe en la naturaleza, cualquier distinción entre agua limpia y agua contaminada depende del tipo y concentración de impurezas que se encuentran en el agua, así como de su uso previsto. En términos generales, se dice que el agua está contaminada cuando contiene suficientes impurezas para que no sea apta para un uso particular, como beber, nadar o pescar. Aunque la calidad del agua se ve afectada por las condiciones naturales, la palabra contaminación suele implicar la actividad humana como fuente de contaminación. La contaminación del agua, por lo tanto, es causada principalmente por el drenaje de aguas residuales contaminadas en aguas superficiales o subterráneas, y el tratamiento de aguas residuales es un elemento importante del control de la contaminación del agua.
El proceso de tratamiento se lleva a cabo en una planta de tratamiento de aguas residuales. Por lo general, los procesos comúnmente utilizados para separar los contaminantes del agua incluyen la separación de fases (como la sedimentación), los procesos biológicos y químicos (como la oxidación) o la clarificación. El principal subproducto de las plantas de tratamiento de aguas residuales es un lodo activo que normalmente se trata en la misma u otra planta de tratamiento.
El biogás puede ser otro subproducto si se utilizan procesos de tratamiento anaeróbico. Algunas aguas residuales pueden tratarse en gran medida y reutilizarse como agua recuperada. El objetivo principal del tratamiento de aguas residuales es que las aguas tratadas puedan eliminarse o reutilizarse de forma segura. Sin embargo, antes de ser tratada, se deben considerar las opciones de eliminación o reutilización para que se utilice el proceso de tratamiento correcto.
¿Cómo funciona una planta de aguas residuales?
Si bien algunas aguas residuales requieren métodos de tratamiento específicos, hasta el punto de que existen plantas de tratamientos para cada una de ellas, por lo general, en todos los procesos de tratamiento se utilizan los mismos procesos físicos y biológicos. En el nivel más simple, el tratamiento de la mayoría de las aguas residuales se lleva a cabo mediante la separación de los sólidos del agua, generalmente por sedimentación. Al convertir progresivamente el material disuelto del agua en sólidos, generalmente en forma de un lodo biológico y que luego se sedimenta o separa, se produce una corriente efluente de pureza creciente.
Separación de fases
Los procesos de separación de fases transfieren las impurezas a una fase no acuosa. Esta puede ocurrir en puntos intermedios de una secuencia de tratamiento para eliminar los sólidos generados durante la oxidación o clarificación. Las opciones de eliminación de los sólidos secos varían según el tipo y la concentración de impurezas que se eliminan del agua.
Sedimentación
Los sólidos como piedras, grava y arena pueden eliminarse de las aguas residuales por gravedad cuando las diferencias de densidad son suficientes para superar la dispersión por turbulencia. Por lo general, esto se logra utilizando un filtro de arena diseñado para producir un caudal óptimo que permite que los residuos sólidos más densos se depositen en el fondo y los menos densos pasen a la siguiente etapa de tratamiento. La separación por gravedad suele ser el tratamiento primario de la mayoría de las aguas residuales, donde el proceso unitario se lo llama “tanques de sedimentación primaria”. Los sólidos que son más densos que el agua se acumularán en el fondo de las cuencas de sedimentación.
Flotación
La flotación es un proceso de tratamiento de agua que sirve para remover los materiales en suspensión dentro de esta, tales como aceites o sólidos de baja densidad. La eliminación se consigue inyectando aire en aguas residuales a presión y luego liberándolo a presión atmosférica en una cuba de tanque de flotación. El aire es liberado en forma de diminutas burbujas que se adhieren a la materia en suspensión haciendo que dicha materia flote a la superficie del agua donde puede entonces ser eliminada por un dispositivo de desnatado.
Oxidación
La oxidación reduce la demanda bioquímica de oxígeno de las aguas residuales y puede reducir la toxicidad de algunas impurezas. Este suele ser un tratamiento secundario, y su objetivo es convertir los compuestos orgánicos en dióxido de carbono y biosólidos a través de reacciones de oxidación y reducción. La oxidación química se utiliza ampliamente para la desinfección.
Oxidación bioquímica
La oxidación bioquímica suele ser el tratamiento secundario más común de la planta de tratamiento de aguas residuales y consta de la eliminación los compuestos disueltos y coloidales medidos como demanda bioquímica de oxígeno (DBO). La oxidación bioquímica suele ser realizada por microorganismos en un hábitat aeróbico controlado o, con menor frecuencia, mediante un proceso anaeróbico. Las bacterias y los protozoos consumen contaminantes orgánicos solubles biodegradables (por ejemplo, azúcares, grasas y moléculas orgánicas de carbono de cadena corta de desechos humanos, desechos de alimentos, jabones y detergentes) mientras se reproducen para formar células de sólidos biológicos.
Oxidación química
Los procesos de oxidación avanzados se utilizan para eliminar algunos contaminantes orgánicos persistentes y otros que quedan después de la oxidación bioquímica. La desinfección por oxidación química mata las bacterias y patógenos microbianos al agregar radicales hidroxilo como ozono, cloro o hipoclorito a las aguas residuales. Estos radicales hidroxilos luego descomponen los compuestos complejos en los contaminantes orgánicos en compuestos simples como agua, dióxido de carbono y sales.
Tratamiento anaeróbico
Los procesos anaeróbicos de tratamiento de aguas residuales también se aplican ampliamente en el tratamiento de aguas residuales industriales y lodos biológicos.
Uno de los procesos de este tipo más utilizado son los reactores anaeróbicos de flujo ascendente (RAFA o UASB por sus siglas en inglés). En este proceso de un solo tanque, las aguas residuales entran al reactor desde el fondo y fluyen hacia arriba. Un manto de lodo suspendido filtra y trata las aguas residuales conforme pasan a través del manto. Esta tecnología ha sido utilizada en para tratamiento de aguas urbanas en sistemas centralizados, y de vez en cuando en aguas rurales.
Clarificación
La clarificación es un tratamiento de aguas residuales que se realiza en etapas posteriores a los métodos anteriores (también llamado tratamiento de “cuarta etapa”). Estos tratamientos también pueden emplearse de forma independiente para algunas aguas residuales industriales. La reducción química o el ajuste del pH minimizan la reactividad química de los efluentes después de la oxidación química. El filtrado de carbón elimina los contaminantes e impurezas restantes mediante la absorción química del carbón activado. La filtración de arena o de tela suelen ser los métodos más comunes utilizados en el tratamiento de aguas residuales residenciales.
¿Cuál es la importancia del tratamiento de aguas residuales?
Las instalaciones de tratamiento de agua están diseñadas para acelerar el proceso natural de purificación del agua. Con miles de millones de personas que generan cada vez más aguas residuales en todo el mundo, el proceso natural de purificación que es capaz de realizar el medioambiente está sobresaturado, y por tal motivo los seres humanos han tenido que aprender a tratar sus propios desechos para aliviarle la carga a la naturaleza.
Sin tratamiento de aguas residuales, la cantidad de aguas residuales causaría enormes problemas, como todavía se pueden ver en varios países en desarrollo hoy en día. A nivel mundial, más del 80% de todas las aguas residuales se vierten sin tratamiento. Pero en los países que sí tienen instalaciones de tratamiento de agua, se utilizan varios métodos para tratarla con un único objetivo en común: purificar el agua tanto como sea posible y enviarla de regreso al medio ambiente para mantener a los humanos y al medio ambiente seguro y próspero.
Varias enfermedades relacionadas con el agua, como el cólera y la esquistosomiasis, siguen estando muy extendidas en muchos países subdesarrollados, donde solo una fracción muy pequeña (en algunos casos menos del 5%) de las aguas residuales residenciales e industriales se trata antes de su liberación al medio ambiente. Aproximadamente 1,7 millones de personas mueren anuales por ingesta o contacto con agua contaminada, de las cuales más del 90% de esa cantidad se encuentran en países en desarrollo.
Pero además de la salud, el tratamiento de aguas residuales también tiene la función de proteger los ecosistemas. Los peces y la vida acuática en general necesitan de agua limpia para prosperar. Pero cuando su entorno acuático está cargado de aguas residuales, estos no podrían sobrevivir. Adicionalmente, si productos químicos, como el nitrógeno y los fosfatos, ingresan a arroyos, ríos o grandes masas de agua en cantidades excesivas, provocan un crecimiento excesivo de las plantas que liberan toxinas en el agua. Esto conduciría al agotamiento del oxígeno en el agua y a la generación de zonas muertas; áreas donde los peces y otras formas de vida acuática ya no pueden existir.
Por motivos como estos, el tratamiento de aguas residuales se ha vuelto una tecnología sustentable tan necesaria para la preservación de la sanidad de las sociedades humanas y su entorno.
¿Cuáles son las etapas del tratamiento de aguas residuales?
La mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales procesan los efluentes para su reutilización en tres etapas separadas: una primaria, una secundaria y otra terciaria. En circunstancias especiales, se adiciona una cuarta etapa de tratamiento. A continuación, detallaremos cada una de ellas en detalle:
Pretratamiento
Antes de empezar con el tratamiento primario, las aguas residuales necesitan primero algunos tratamientos previos para aliviar la carga de procesamiento a los equipos posteriores. La aguas residuales, ni bien entran en la planta de tratamiento, se envía a través de un sistema de cribado diseñado para eliminar grandes sólidos que podrían dañar las instalaciones de bombeo posteriores. A veces se utilizan múltiples cribados para eliminar objetos y materiales de diferentes tamaños.
Luego el agua residual se mueve hacia un filtro de arena y grava. Los sólidos pequeños no solubles del agua pueden incluir tierra, residuos forestales, residuos alimenticios o cualquier otro tipo de material sólido que traspase por el proceso de cribado. Las aguas residuales fluyen en forma de espiral dentro de este filtro. Un poco de aire se introduce en un lado de la cámara para crear un patrón perpendicular que separa los materiales más pesados del resto del agua. Los materiales más pesados se hunden hasta el fondo de la cámara.
Tratamiento Primario
Luego del cribado y la filtración con arena y grava, el agua residual todavía contiene otros materiales que necesitan ser removidos. Entonces el agua se la hace fluir lentamente a través de un tanque de sedimentación. En dichos tanques, el agua se estanca por un tiempo arbitrario para provocar que los sólidos insolubles remanentes comiencen a desplazarse hacia el fondo separándose así del líquido.
En este punto, la mayoría de los sólidos se han eliminado del agua. Sin embargo, el agua aún no está lo suficientemente limpia como para volver a liberarse al medio ambiente, por lo que necesita ingresar a una etapa secundaria de purificación.
Tratamiento Secundario
La etapa secundaria del proceso de tratamiento está diseñada para eliminar hasta el 85% de la materia orgánica que queda en las aguas residuales. Hay varias formas diferentes de lograr este objetivo, pero muchas instalaciones utilizan el proceso de camas filtrantes o de lodos activados en la mayoría de los casos.
Si la instalación utiliza el método de camas filtrantes, el agua residual se bombea a un área que contiene entre uno y dos metros de relleno a base de coque o piedra caliza después de salir del tanque de sedimentación. En estos rellenos crecen bacterias y otros microorganismos para formar biopelículas en toda su superficie, por lo que consumen o descomponen la materia orgánica del agua a medida que fluye a través del tanque. Luego, el agua se retira de las camas filtrantes a través de tuberías y se envía de regreso a un tanque de sedimentación para otra ronda de purificación.
La mayoría de las instalaciones actuales utilizan el proceso de lodos activados, que tiene lugar inmediatamente después del tanque de sedimentación en la etapa primaria de tratamiento. Aquí el agua residual ingresa a un tanque de aireación, donde se mezcla con lodos. Luego se bombea aire al tanque de aireación para facilitar el crecimiento de bacterias y otros organismos pequeños dentro del lodo. Las bacterias y otros microorganismos descomponen la materia orgánica del agua en subproductos inofensivos. Las aguas residuales permanecerán en el tanque de aireación entre tres y seis horas, lo que les da a las bacterias y microorganismos suficiente tiempo para descomponer todo el material orgánico restante. Después de salir del tanque de aireación, las aguas residuales generalmente se envían a otro tanque de sedimentación para separar los sólidos del agua.
Tratamiento Terciario
El propósito del tratamiento terciario (también llamado “tratamiento avanzado”) es proporcionar una etapa de tratamiento final para mejorar aún más la calidad del efluente antes de que se descargue al cuerpo de agua receptor o se reutilice. Se puede utilizar más de un proceso de tratamiento terciario en cualquier planta de tratamiento. Pero si se practica la desinfección, por lo general, siempre es el proceso final.
Después de que el agua sale del tanque de lodos activados en la etapa secundaria del proceso de tratamiento, se envía a los tanques donde se expone al cloro u otros desinfectantes. Las aguas residuales normalmente pasan entre 15 y 20 minutos dentro de estos tanques con cloro. Este químico mata las bacterias dañinas que podrían estar al acecho en el agua y también elimina olores desagradables del agua. Las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden matar hasta el 99% de las bacterias en el agua con cloro, por lo que este es un paso importante en el proceso.
Sin embargo, algunas instalaciones no utilizan cloro para matar bacterias en la etapa final del proceso. En cambio, optan por alternativas como la luz ultravioleta (UV) u ozono para eliminar las bacterias en el agua antes de reutilizarse o devolverse a la naturaleza. Estas alternativas no implican el uso de productos químicos, por lo que se consideran más seguras para el medio ambiente y la vida silvestre.
Cuarta etapa de tratamiento
Algunos microcontaminantes como los asociados a productos farmacéuticos, de limpieza o los pesticidas pueden no eliminarse correctamente a través de un proceso de tratamiento convencional (tratamiento primario, secundario y terciario) y, por lo tanto, pueden provocar contaminación en el agua. Aunque las concentraciones de esas sustancias y sus productos de descomposición son bastante bajas, todavía existe la posibilidad de que dañen a los organismos acuáticos.
Los procesos encontrados en la cuarta etapa de tratamiento incluyen filtrados especiales como ultrafiltración con ósmosis inversa o filtración con carbon activado. La combinación de oxidación avanzada con ozono seguida de carbón activado granular es una combinación de tratamiento muy utilizado para los residuos farmacéuticos, por ejemplo. Para una reducción completa de los microplásticos, se opta por la combinación de ultrafiltración seguida de filtración con carbón. También algunas sustancias como la lacasa, una enzima secretada por hongos y que tiene la propiedad de degradar materia orgánica, se encuentra actualmente en investigación. Al igual que muchas otras células microbianas generadoras de biocombustible se investigan también por su propiedad para tratar la materia orgánica en las aguas residuales.
¿Cuáles son los sistemas de tratamiento de aguas residuales?
Los sistemas de tratamiento de aguas residuales se dividen en cuatro categorías principales. Estas son las plantas de tratamiento de aguas residuales, las plantas de tratamiento de efluentes, las plantas de lodos activados y las plantas de tratamiento de efluentes combinadas. A continuación, analizaremos cada uno de ellos y explicaremos cómo se manejan:
Plantas de tratamiento de aguas residuales
Las plantas de tratamiento de aguas residuales tradicionales eliminan los contaminantes de las aguas residuales residenciales. Dichas plantas reciben desechos de aguas residuales de hogares y edificios comerciales. Aunque también reciben agua de lluvia y escombros de alcantarillas pluviales.
Estas plantas juegan un papel fundamental en resguardar la seguridad y la salud de los ciudadanos al limpiar las aguas residuales utilizando una combinación de tratamientos físicos, químicos y biológicos antes de descargarlas al medio ambiente.
Tratamiento preliminar: El tratamiento preliminar para las plantas de tratamiento de aguas residuales consiste, en primera instancia, de un cribado para expulsar escombros u otros residuos de gran tamaño. Este proceso es necesario para evitar el desgaste excesivo de los equipos de tratamiento posteriores. Luego se hace pasar el agua por filtros de arena y grava para eliminar sólidos de menor tamaño.
Tratamiento primario: Durante el tratamiento primario, las aguas residuales fluyen hacia clarificadores primarios. El diseño de los tanques promueve la sedimentación: los sólidos orgánicos se acumulan en el fondo del tanque y las sustancias más livianas flotan hacia la parte superior para su eliminación.
Los sólidos orgánicos que se depositan en el fondo forman lo que se conoce como una capa de lodo primario. Después de unas horas en los tanques de clarificación, este lodo primario se mueve a los tanques de aireación.
Tratamiento secundario: El tratamiento secundario a menudo consiste en un tratamiento aeróbico. Los tanques de aireación contienen sistemas de tuberías con discos o tubos unidos. Los discos o tubos, a menudo hechos de membranas de cerámica o goma, tienen pequeños orificios por los que fluye el aire. Cuando el aire fluye a través de los tubos, los pequeños orificios lo convierten en burbujas que se mezclan con la columna de agua. El oxígeno ayuda a que las bacterias de las aguas residuales digieran la materia orgánica que le confieren a las aguas residuales su aspecto y olor característicos.
Por lo general, esta técnica también elimina la mayoría de los productos químicos nocivos, aunque no puede eliminar los nitratos. Algunas plantas de tratamiento de aguas residuales tienen procesos adicionales para la reducción de nitratos en esta etapa.
Una vez que se completa la aireación, las aguas residuales fluyen hacia la siguiente serie de tanques: los depósitos de clarificación secundarios. En estos, las bacterias pasan uno o dos días depositándose en el fondo y formando una capa de lodo, que luego la planta puede bombear.
Cuando la capa de lodo ha sedimentado, se convierte en lodo activado de retorno. El lodo activado de retorno vuelve a los tanques de clarificación primarios, donde las bacterias que contiene ayudarán a descomponer la materia orgánica en las aguas residuales entrantes.
Una vez que el lodo activado de retorno ha pasado por los tanques de clarificación primaria y secundaria varias veces, se convierte en lodo activado de residuo. En lugar de volver al tanque de clarificación primario para descomponer la materia orgánica, el lodo activado de residuo pasa a tanques cubiertos llamados digestores de lodos aeróbicos. En estos tanques, en lugar de digerir la materia orgánica de las aguas residuales, las bacterias del lodo activado comienzan a digerirse entre sí. Con el tiempo, la mayor parte del lodo desaparecerá.
Finalmente, los últimos residuos de lodo se trasladan a la instalación de deshidratación. En los tanques de deshidratación, la planta utiliza prensas de banda para exprimir el agua restante de los restos del lodo activado.
Tratamiento terciario: El tratamiento terciario repite alguno de los procesos anteriores y combina métodos mecánicos y fotoquímicos en un paso final. No todas las aguas residuales requieren un tratamiento terciario avanzado; este proceso es particularmente útil para las aguas residuales sanitarias con microorganismos contaminantes que requieren desinfección.
En el tratamiento terciario de residuos, las aguas residuales fluyen a través de filtros de arena, que eliminan cualquier material particulado fino restante. Luego, el agua se la desinfecta con cloro u ozono, o se la hace pasar bajo bancos de luces ultravioleta (UV), que irradian bacterias y virus y eliminan sus capacidades infecciosas.
Una vez que el agua residual en la planta ha pasado por las tres etapas de tratamiento, puede fluir al medio ambiente como efluente. Es lo suficientemente limpio y saludable para que la vida silvestre, las plantas y los humanos entren en contacto. No notarán olores u olores extraños ni se enfermarán.
Plantas de tratamiento de efluentes
A diferencia de las plantas de tratamiento de aguas residuales que procesan aguas urbanas o residenciales, las plantas de tratamiento de efluentes generalmente limpian las aguas residuales industriales, es decir, aguas utilizadas por diferentes sectores de la industria.
Las plantas de tratamiento de efluentes suelen ser muy útiles en sectores industriales con altas probabilidades de contaminación química, por ejemplo, la fabricación de productos farmacéuticos y la industria textil. Las fábricas no pueden descargar estos contaminantes químicos al medio ambiente sin antes tratarlos a fondo. Diferentes empresas pueden lidiar con diferentes composiciones de aguas residuales y requerir tratamientos de efluentes ligeramente distintos.
Al igual que las plantas de tratamiento de aguas residenciales, las plantas de tratamiento de efluentes suelen implicar un tratamiento preliminar, primario, secundario y terciario. Los procesos utilizados pueden variar en respuesta a las características del agua residual en cuestión, por ejemplo, su concentración de sólidos en suspensión, temperatura, color, dureza o alcalinidad, o la presencia de contaminantes como metales, productos químicos agrícolas o microorganismos. A continuación, se detallará cada etapa:
Tratamiento preliminar: El tratamiento preliminar para las plantas de tratamiento de efluentes a menudo consiste en técnicas físicas como cribado, sedimentación, filtración y clarificación. El objetivo es reducir la cantidad de desechos físicos sólidos presentes antes de enviar el efluente para su posterior tratamiento.
Tratamiento primario: El tratamiento primario tiene como objetivo la eliminación de residuos sólidos y materias orgánicas adicionales. Los métodos de tratamiento primario a menudo implican agregar productos químicos que inhiban la toxicidad los desechos sólidos y químicos del agua. Las técnicas pueden incluir coagulación química, precipitación química, eliminación de sólidos disueltos por flotación por aire, floculación y la adición de carbonato de sodio o ácido clorhídrico para controlar los niveles de pH.
Tratamiento secundario: El tratamiento secundario para las plantas de tratamiento de efluentes generalmente consiste en eliminar las partículas en suspensión y la materia orgánica biodegradable. Las técnicas estándar en esta etapa incluyen muchos de los enfoques químicos utilizados en el tratamiento primario, así como procesos biológicos que pueden ayudar a biodegradar los desechos orgánicos. Los procesos biológicos comunes en el tratamiento secundario de plantas de tratamiento de efluentes incluyen el método de crecimiento suspendido o la técnica de crecimiento adjunto o de película fija. Estos dos procesos utilizan microorganismos digestivos beneficiosos, ya sea suspendidos libremente en el agua o adheridos a medios fijos.
Tratamiento terciario: El tratamiento terciario en plantas de tratamiento de efluentes utiliza una combinación de técnicas físicas, químicas y biológicas para eliminar los sólidos y contaminantes remanentes del efluente industrial. Este paso incorpora muchos de los procesos del tratamiento primario y secundario y los adapta para la eliminación más avanzada de partículas más pequeñas.
Las plantas de tratamiento de efluentes son beneficiosas para las grandes industrias, pero pueden plantear desafíos para las más pequeñas. Por lo general, son grandes y costosos de construir, y a menudo requieren técnicos especializados para operarlos y mantenerlos. Aunque las instalaciones más grandes pueden satisfacer fácilmente estas necesidades, las más pequeñas buscan soluciones alternativas.
Plantas de lodos activados
Las plantas de lodos activados son similares a las plantas de tratamiento de aguas residuales, y su función en tratar las aguas residuales utilizando principalmente lodos activados para digerir contaminantes biológicos. Aunque una planta de tratamiento de aguas residuales también puede utilizar lodo activado en su tratamiento secundario, este método de tratamiento asume un papel más importante en este tipo de plantas.
Los procesos de lodos activados utilizan oxígeno disuelto para promover el crecimiento de masas de materia orgánica conocidas como flóculos biológicos. Los flóculos biológicos luego ayudan a descomponer los contaminantes dentro de los cuerpos de agua, atrapar partículas y degradar amoníaco disuelto en nitritos y nitratos y, finalmente, en gas nitrógeno inofensivo.
Estas plantas funcionan utilizando compresores para dirigir aire a las aguas residuales sin depurar. El aire rompe la materia sólida y convierte las aguas residuales en un líquido menos espeso. Luego, los componentes biológicos de la mezcla digieren gran parte de la materia orgánica y los contaminantes.
El primer paso de aireación debe ocurrir durante un período sostenido en una cámara de digestión para que el oxígeno disuelto pueda absorberse correctamente. Una vez que se completa esta etapa, parte del licor de aguas residuales obtenido se descarga en una cámara de clarificación. Aquí, el licor de aguas residuales se estanca y luego sedimenta. Las bacterias vivas de la mezcla se depositan en el fondo.
Las bacterias muertas, en cambio, suben a la parte superior de la cámara, donde forman una costra en el líquido de las aguas residuales. En el medio, se forma un líquido claro. Este líquido es agua limpia que la planta puede descargar en un pozo o curso de agua para su posterior tratamiento. Las bacterias vivas que quedan en el fondo de la cámara de clarificación forman lodos activados: “activados” porque están vivos y listos para digerir materia orgánica, y “lodos” porque forman una sustancia viscosa y lodosa.
Una vez que se ha formado la capa de lodo activado, la planta la transfiere de nuevo a la cámara de digestión. Las bacterias en el lodo activado luego descomponen la materia orgánica en el flujo de nuevas aguas residuales sin tratar que ingresen al tanque.
Las plantas de lodos activados se diferencian ligeramente de las plantas de tratamiento de aguas residuales tradicionales en su construcción. La mayoría de las plantas tradicionales contienen una cámara de asentamiento primaria que requiere un vaciado regular. En lugar de formar lodos activados, estas cámaras de sedimentación forman lodos anaeróbicos que no pueden ayudar en la descomposición de la materia orgánica y, en cambio, requieren su eliminación. Las plantas de lodos activados se ocupan únicamente de lodos activados, por lo que no contienen estas cámaras de sedimentación y no requieren la eliminación de lodos anaeróbicos.
Las plantas de lodos activados ofrecen algunos otros beneficios en comparación con las de tratamiento estándar:
- Su proceso es más sencillo.
- Los resultados son más fiables.
- Los lodos con bacterias beneficiosas se pueden resembrar en la cámara de digestión.
- Menos olores desagradables.
- Intervalos más largos entre vaciados de tanques.
- Eliminación de lodos anaeróbicos no deseados.
- Mantenimiento económico elevado.
- Sin partes móviles que puedan romperse o ensuciarse.
- Mantenimiento conveniente de no tener que llenar el tanque con bacterias adicionales.
A menudo son útiles en situaciones que priorizan ventajas como la conveniencia, la rentabilidad y la simplicidad.
Plantas de tratamiento de efluentes combinadas
Existen plantas de tratamiento de efluentes combinadas que ayudan a pequeñas industrias generadoras de aguas residuales a tratar sus efluentes. Las empresas de fabricación más pequeñas y otras operaciones que producen aguas residuales (curtidurías, por ejemplo) no siempre pueden permitirse el lujo de operar sus propias plantas de tratamiento de efluentes. No tienen los presupuestos para mantener estas estructuras grandes y complejas y operarlas de manera segura y efectiva.
Para ello, las plantas de tratamiento de efluentes combinadas ofrecen una solución. Permiten que varias instalaciones diferentes de generación de aguas residuales en un grupo industrial agrupen sus efluentes en una planta centralizada para su tratamiento. Todas las pequeñas instalaciones que envían sus aguas residuales a las plantas de tratamiento de efluentes combinados comparten los gastos de mantenimiento y operación de la planta. A cambio, obtienen aguas residuales limpias y compatibles sin la molestia de ejecutar varias plantas a gran escala.
¿Cuánta energía consume el tratamiento de aguas residuales?
Las plantas de tratamiento de aguas residuales suelen demandar entre un 0,5 a un 1% del consumo de energía de un país, pero en algunas ocasiones pueden llegar a suponer hasta la mitad del consumo energético de muchas ciudades. Esto es así porque el consumo de energía depende no solo del tamaño de la planta de tratamiento, sino también de su diseño. Las plantas sin eliminación de nitrógeno y fósforo en el agua consumen menos energía, mientras que las plantas sin digestión anaeróbica consumen más.
El consumo de energía de las plantas de tratamiento de aguas residuales a menudo también se determina por el tipo de contaminantes en el agua, la cantidad de estos contaminantes presentes y los métodos utilizado para eliminarlos. Por ejemplo, la filtración por goteo normalmente utilizará menos energía, mientras que la eliminación de nitrógeno y fósforo utilizará mayores cantidades de energía. Sin embargo, la eliminación de nitrógeno y fósforo suele ser un proceso necesario.
Existen varios beneficios de reducir el consumo de energía en una planta de tratamiento de aguas residuales. Estos son algunos de ellos:
- Mayor vida útil de los equipos y la infraestructura: Si se instalan métodos más eficientes energéticamente, se reduce el consumo de energía y, por lo tanto, se extiende la vida útil de un equipo. La necesidad de mantenimiento también será menor.
- Contaminación y emisiones reducidas: la reducción de energía puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y limitar la cantidad de contaminación del aire que generan las instalaciones. La liberación de contaminantes puede limitarse reduciendo el uso de combustibles fósiles.
- Costos de energía reducidos: las instalaciones de aguas residuales utilizan una parte significativa de los recursos energéticos de una comunidad. Los costos generales se pueden reducir cuando una instalación funciona de manera más eficiente y utiliza menos energía.
- Seguridad mejorada: una mayor eficiencia energética también puede ayudar a prevenir apagones y caídas de tensión al limitarse la demanda eléctrica en una comunidad. También puede reducir el potencial de escasez de agua.
- Salud pública mejorada: Limitarse el consumo de energía puede reducir los niveles de contaminación del agua y del aire. El aumento de la eficiencia general también puede reducir el riesgo de enfermedades relacionadas con el agua.
¿Cuándo se creó el tratamiento de aguas residuales?
En la antigüedad, muchas ciudades tenían sistemas de drenaje rudimentarios que estaban pensados para apartar el agua de lluvia de las aceras. Un ejemplo destacable es el sistema de drenaje de la antigua Roma. Dicho sistema incluía muchos conductos de superficie que estaban conectados a un gran canal abovedado llamada Cloaca Máxima, que llevaba el agua de drenaje al río Tíber. Construida en piedra y a gran escala, la Cloaca Máxima es uno de los monumentos más antiguos existentes de la ingeniería romana.
Hubo pocos avances en el drenaje urbano o alcantarillado durante la Edad Media. Se utilizaron bóvedas privadas y pozos ciegos en ese periodo de la historia, pero la mayoría de los desechos simplemente se arrojaban a las alcantarillas para que las inundaciones los empujaran por los desagües. Los inodoros se instalaron en las casas a principios del siglo XIX, pero generalmente estaban conectados a pozos ciegos, no a alcantarillas. En áreas densamente pobladas, las condiciones locales pronto se volvieron intolerables porque los pozos ciegos rara vez se vaciaban y con frecuencia se desbordaban.
La amenaza para la salud pública se hizo evidente. En Inglaterra, a mediados del siglo XIX, los brotes de cólera se rastrearon directamente a los pozos de agua contaminados con desechos humanos. Pronto se hizo necesario que todos los inodoros de las ciudades más grandes estuvieran conectados directamente a las alcantarillas pluviales. Esto transfirió las aguas residuales provenientes de las áreas residenciales a los cuerpos de agua cercanos. Así surgió un nuevo problema: la contaminación de las aguas superficiales.
Se solía decir que “la solución a la contaminación es la dilución”. Cuando se descargan pequeñas cantidades de aguas residuales en un cuerpo de agua que fluye como los ríos, se produce un proceso natural de purificación de la corriente. Sin embargo, las comunidades que comenzaban a hacerse cada vez más densamente pobladas generaban cantidades tan grandes de aguas residuales que la dilución por sí sola no podía evitar la contaminación. Esto hizo necesario que se empezaran a tratar o purificar las aguas residuales hasta cierto punto antes de su eliminación.
La construcción de plantas de tratamiento centralizadas se inició a finales del siglo XIX y principios del XX, principalmente en el Reino Unido y los Estados Unidos. A partir de entonces, en lugar de descargarse las aguas residuales directamente en los cuerpos de agua cercanos, primero se las hacía pasar por una combinación de procesos físicos, biológicos y químicos para eliminar algunos o la mayoría de los contaminantes. También a partir de la década de 1900, se diseñaron nuevos sistemas de recolección de aguas residuales para separar las aguas pluviales de las aguas residuales domésticas, de modo que las plantas de tratamiento no se sobrecargasen durante los períodos de clima húmedo.
Después de mediados del siglo XX, la creciente preocupación pública por la calidad ambiental llevó a una regulación más amplia y estricta de las prácticas de tratamiento de aguas residuales. Se comenzaron a requerir niveles más altos de tratamiento. Por ejemplo, el pretratamiento de las aguas residuales industriales, con el objetivo de evitar que productos químicos peligrosos interfieran con los procesos biológicos utilizados en las plantas de tratamiento de aguas tradicionales, se convirtieron en una obligación. A partir de este periodo, la tecnología de tratamiento de aguas residuales avanzó lo suficiente hasta el punto en que fue posible eliminar prácticamente todos los contaminantes de las aguas residuales. Sin embargo, esto era algo tan caro que, por lo general, no se justificaban niveles tan elevados de tratamiento.
Las plantas de tratamiento de aguas residuales se convirtieron en instalaciones grandes y complejas que requerían cantidades considerables de energía para su funcionamiento. Después del aumento de los precios del petróleo en la década de 1970, la preocupación por la conservación de energía se convirtió en un factor más importante en el diseño de nuevos sistemas de control de la contaminación. En consecuencia, la eliminación en tierra y la eliminación subterránea de aguas residuales comenzaron a recibir una mayor atención cuando fue posible. Estos métodos de control de la contaminación de “baja tecnología” no solo ayudaron a ahorrar energía, sino que también sirvieron para reciclar nutrientes y reponer los suministros de agua subterránea.