Parámetros de Caracterización y Tratamientos de Aguas Residuales

A) Parámetros Físicos

Características organolépticas:

• Color: Se diferencia entre color aparente (debido a sustancias en suspensión) y color real (debido a sustancias en disolución).
• Olor y sabor: Ciertos compuestos químicos pueden conferir olores y sabores fuertes incluso en pequeñas concentraciones.
• Temperatura: Influye en la solubilidad de sales y gases (al aumentar la temperatura, disminuye la solubilidad del O₂) y en la cinética de las reacciones químicas y bioquímicas del agua. Además, afecta el desarrollo de los microorganismos, pudiendo causar la desaparición de especies y su reproducción anómala. En aguas residuales industriales, la temperatura puede indicar contaminación térmica.
• Turbidez (expresada en unidades nefelométricas, NTU): Es una medida de la interferencia de las partículas en suspensión o coloides al paso de la luz. Se debe a la presencia de arcilla, lodo, partículas orgánicas, organismos microscópicos, etc. El agua para consumo no debe presentar turbidez.

Parámetros Químicos: DQO y DBO

DQO (Demanda Química de Oxígeno):

Cantidad de O₂ necesario para oxidar químicamente la materia orgánica e inorgánica presente en el agua. Se expresa en mg de O₂/L, equivalente a la cantidad de K₂Cr₂O₇ consumida por la materia disuelta o en suspensión bajo condiciones establecidas.

Determinación:

1. Se mezclan 10 mL de agua con 10 mL de K₂Cr₂O₇ 0,1N (utilizando Ag₂SO₄ como catalizador).
2. La mezcla se mantiene a 150 °C durante 2 horas.
3. Se valora el exceso de K₂Cr₂O₇ con (NH₄)₂Fe(SO₄)₂.

Reacción:

K₂Cr₂O₇ + 6Fe²⁺ + 14 H⁺ → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 6Fe³⁺

La DQO es un parámetro crucial para estimar la composición del agua (un valor alto de DQO indica una alta concentración de compuestos oxidables) y para controlar el funcionamiento de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR).

DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno):

Cantidad de oxígeno disuelto en el agua necesaria para que las bacterias aerobias oxiden la materia orgánica biodegradable.

Ejemplo: O₂ necesario para biodegradar 1 mol/L de glucosa (C₆H₁₂O₆):

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O

• DBO_final (suponiendo la oxidación completa de todas las sustancias): Se calculan los mg/L de O₂ estequiométrico para la biodegradación.
• DBO₅: mg de O₂/L necesarios para la biodegradación por microorganismos de la materia orgánica biodegradable en 5 días.

Relación DBO₅/DQO: Proporciona información sobre la naturaleza de los contaminantes orgánicos. Un valor de DBO₅/DQO ≥ 0,6 indica un predominio de materia orgánica biodegradable.

C) Parámetros Biológicos

Los compuestos biológicos incluyen desechos orgánicos como materia fecal, restos de alimentos, y desechos humanos y animales. También se consideran los microorganismos presentes en el agua (bacterias, virus, protistas y algas). Estos microorganismos pueden causar enfermedades y alterar el color, sabor y olor del agua (especialmente las algas).

Bajo ciertas condiciones ambientales (temperatura del agua, salinidad, luminosidad y disponibilidad de nutrientes), las algas pueden proliferar explosivamente, provocando cambios en la coloración del agua debido a sus pigmentos (rojo, amarillo, verde o café). Además, algunas algas producen toxinas que afectan la pesca y el marisqueo.

Es fundamental realizar un proceso adecuado de toma de muestras para el análisis de contaminantes biológicos.

Tratamientos de Aguas Residuales Urbanas (ARU)

B) Tratamiento Primario

Objetivo: Eliminar los sólidos en suspensión que no fueron eliminados en el pretratamiento. La velocidad de sedimentación de las partículas y el tratamiento a aplicar dependen del tamaño de estas.

Eliminaciones típicas: 60% de sólidos en suspensión (SS) y 30% de DBO₅.

Operaciones:

• Sedimentación: Separación, por acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Es una operación unitaria muy utilizada en el tratamiento de aguas residuales para:
  • Eliminar materia en suspensión.
  • Eliminar flóculos en suspensión (lodos biológicos).
  • Eliminar flóculos químicos (coagulación química).
  • Concentrar sólidos (espesadores de lodos).

  El proceso de coagulación-floculación mejora la sedimentación simple mediante la adición de productos químicos.

• Flotación: Operación unitaria para la separación de partículas mediante la introducción de finas burbujas de gas (normalmente aire). Es más eficaz y rápida que la sedimentación para partículas pequeñas o ligeras cuya deposición es lenta. Las burbujas se adhieren a las partículas, haciéndolas ascender a la superficie del líquido, incluso si su densidad es mayor que la del agua.
• Flotación por Aire Disuelto (FAD):
  • FAD Flujo total: Se presuriza todo el influente (se utiliza cuando se requieren grandes volúmenes de aire).
  • FAD Flujo parcial: Se presuriza parte del influente (adecuado para bajas concentraciones de partículas que requieren poco aire).
  • FAD Flujo recirculado: Se presuriza parte del agua tratada.

Filtros Biológicos

• Filtro percolador: Los microorganismos se desarrollan sobre un material poroso, formando una película biológica adherida. Los contaminantes se degradan en esta película, que aumenta de espesor a medida que crecen los microorganismos. El agua residual se distribuye homogéneamente sobre el soporte mediante aspersión con brazos giratorios. La porosidad del lecho permite la difusión del O₂ (aireación natural).
• Biodiscos: Conjunto de discos de plástico unidos axialmente que giran lentamente. El agua residual entra en tanques que contienen los biodiscos parcialmente sumergidos. Al girar, se forma una película biológica alrededor de los discos. La aireación se produce por el giro, permitiendo que la biomasa entre en contacto alternativamente con el aire y el agua.

Depuración de Aguas Residuales: Tecnologías Blandas y Naturales

• Sistemas de Lagunaje:

  Almacenamiento del agua a tratar durante largos periodos para permitir la oxidación de la materia orgánica por las bacterias. Se construyen lagunas artificiales donde el agua permanece durante meses, facilitando la sedimentación de sólidos en suspensión y la degradación de la materia orgánica.

  Tipos de lagunas:

  • Aerobias: Presencia de O₂ en toda la laguna (extensas y poco profundas).
  • Anaerobias: Ausencia de O₂ en toda la laguna, excepto en la capa superficial (pequeña superficie, pero gran profundidad para favorecer la anoxia).
  • Facultativas: Combinan procesos aerobios y anaerobios; fondo sin oxígeno y presencia de oxígeno en el resto de la laguna.

  Parámetros de diseño: Profundidad, tiempo de residencia, temperatura, área de la laguna, DBO, SS, caudal, nubosidad, radiación solar, viento, evaporación, oxígeno disuelto, agitación, nutrientes, toxicidad, pH, sólidos inorgánicos disueltos.

  Ventajas: Buenos rendimientos en la eliminación de materia orgánica y sólidos en suspensión; el agua efluente es apta para riego; los lodos producidos están estabilizados, son de pequeño volumen y se evacuan cada 3-6 años; fácil integración en el entorno.

• Filtros Verdes:

  Sistema de aplicación sobre el terreno. Consiste en terrenos cubiertos de cultivos forestales sobre los que se aplican las aguas residuales, aprovechando la capacidad de depuración natural del suelo (edafodepuración). El tipo de suelo influye: Suelo Arcilloso: D_partícula < 0.002 mm.