Tratamiento Químico

Aplicación en Casos Especiales:

Precipitación de metales o eliminación de tóxicos.

Como tratamiento terciario para conseguir mejorar la calidad del agua.

Evitar sobrecargas en un tratamiento biológico posterior en lugares con puntas estacionales.

Reactivos Utilizados:

Coagulantes:

Desestabilizan el coloide.

• Inorgánicos: Sales de Fe(II) o (III), sales de Al(III) y Cal.
• Orgánicos: Naturales (almidones, alginatos) o sintéticos (polielectrolitos catiónicos).

Floculantes:

• Polielectrolitos aniónicos y polielectrolitos no iónicos: Favorecen la aglomeración de flóculos formando puentes entre partículas.
• Polielectrolitos catiónicos: Ayudan a neutralizar las cargas eléctricas de los coloides.

Depuración Biológica

Objetivos del Tratamiento Biológico y Función de los Microorganismos:

Objetivos:

Consumo y separación de materia orgánica disuelta, coloidal y particulada. También eliminación de nitrógeno y fósforo.

Función de los Microorganismos:

Hidrólisis de materia orgánica lentamente biodegradable por acción bacteriana para obtener materia orgánica fácilmente biodegradable.

Sobre la materia orgánica fácilmente biodegradable:

• Respiración: Formación de CO2 y obtención de energía por reacciones de oxidación de la materia orgánica.
• Síntesis: Formación de tejido celular (crecimiento de bacterias).

Biofloculación:

Las bacterias y otras partículas presentes no tienen tamaño suficiente para decantar de forma individual.

Las bacterias generan, ellas solas, polímeros extracelulares que favorecen la biofloculación y formación de flóculos separables por sedimentación.

Microorganismos Principales que Intervienen en la Depuración:

• Bacterias: Procariotas (sin membrana nuclear). Tipos: Esféricas (cocos): 0,5-1 μm de diámetro; Cilíndricas (bacilos): 0,5-1 μm de ancho y 1,5-3 μm de longitud; Helicoidales (espirilos): 0,5-5 μm de ancho y 6-15 μm de longitud.
• Protozoos: Móviles y en general unicelulares. La mayoría heterótrofos aerobios (también hay anaerobios). Mayores que las bacterias (10 a 300 μm). Se alimentan de ellas, al consumir bacterias y materia orgánica actúan como purificadores de los efluentes.
• Rotíferos: Aerobios, heterótrofos, multicelulares. Tamaño: 100 a 1000 μm. Muy eficaces en la eliminación de bacterias dispersas y floculadas y partículas pequeñas de materia orgánica. Su presencia indica procesos aerobios muy eficientes.
• Hongos: Heterótrofos, multicelulares. Normalmente aerobios estrictos. Crecen con poca humedad y toleran pH en límites muy amplios (2 a 9). Baja demanda de nitrógeno (mitad de las bacterias), son importantes en el tratamiento de aguas residuales de origen industrial.
• Algas: Unicelulares o multicelulares. Autótrofas y fotosintéticas. Importancia en lagunaje (lagunas aerobias o facultativas): Suministran oxígeno a las bacterias heterótrofas aerobias.

Clasificación de los Microorganismos Fundamentales en la Depuración:

Composición en Peso de los Microorganismos:

Carbono (50-55%), Oxígeno (25-30%), Nitrógeno (10%), Hidrógeno (6-7%), Fósforo (1%).

Desarrollo Bacteriano: Factores Condicionantes para las Bacterias que Intervienen en los Procesos Biológicos Aerobios:

• pH admisible: Entre 6 y 9,5. Límites adecuados entre 6,5 y 7,5.
• Alcalinidad: La pérdida de alcalinidad en la nitrificación puede bajar el pH e inhibir el crecimiento de las bacterias nitrificantes.
• Oxígeno: Indispensable por ser procesos aerobios. Más decisivo para la nitrificación.
• Nitrógeno y Fósforo: Necesarios para el crecimiento de las bacterias.

Esquema:

O2, MAT ORG (C_yH_xO_yN_z), NUTRIENTES: N y P, MAT. ORG –> REAC BIOQ

–> Nuevas Células, PRODUCTOS FINALES: CO2 + H2O + NH3, Materia orgánica no biodegradable, materia inorgánica, compuestos inorgánicos oxidados (PO₄^3-, SO₄^2-, NO₃^–).

Fangos Activos:

Proceso de biomasa en suspensión. La biomasa está mezclada con todo el agua en el reactor, está en suspensión. Del fango que purgamos, una parte va al tratamiento de fangos y otra la recirculamos reintroduciendo bacterias en el proceso.

Configuración del Proceso:

1. Flujo Pistón:

• Ventajas: Mejor rendimiento y posibilidad de proliferación de filamentosas.
• Inconvenientes: Demanda de oxígeno no uniforme e introducción de oxígeno solo mediante difusores.

2. Alimentación Escalonada:

• Ventajas: Demanda uniforme de oxígeno y mayor flexibilidad de operación.
• Inconvenientes: Proceso más difícil de operar y diseño más complejo del reactor.

3. Mezcla Completa:

• Ventajas: Capacidad de dilución frente a sobrecargas orgánicas o de tóxicos, demanda de oxígeno uniforme y adaptable a sistemas de aireación por difusores.
• Inconvenientes: Posible proliferación de bacterias responsables de bulking y foaming.

Sistemas de Introducción de Oxígeno:

1. Difusores:

Introducen aire en la parte inferior de los reactores. El aire gana presión necesaria por medio de una soplante. El aire debe ser adecuado para mantener la biomasa en suspensión.

La transferencia de oxígeno aumenta linealmente con la profundidad. El rendimiento de transferencia disminuye con el aumento de caudal unitario.

• Tipos: Tubulares, de disco o circular.

2. Aireadores Superficiales:

Aireadores de eje vertical y de eje horizontal.

Eliminación de Nutrientes (Nitrógeno y Fósforo):

Problemas del Exceso de Nutrientes:

• Consumo de O2 por oxidación de NO₃^–.
• Toxicidad en la fauna por niveles de NH₄⁺ y NO₂^–.
• El N y P causan eutrofización del medio natural.
• En una planta de fangos activos también puede ser indeseable por desnitrificación en la decantación secundaria.

Eutrofización: Cambios Producidos:

• 1. Exceso de Suspensión de Algas: Aumento de la turbidez, disminución de fotosíntesis y disminución de producción de oxígeno.
• 2. Muerte de Algas: Decantación en el fondo, exceso de materia orgánica y consumo de oxígeno.
• 3. Condiciones Anaerobias: Deterioro de calidad del agua y cambio en número y tipo de organismos.

Eliminación del Nitrógeno: Nitrificación y Desnitrificación:

En Depuradoras sin Eliminación de Nitrógeno:

Nitrógeno orgánico –> Amonio –> Síntesis celular y Amonio efluente.

En Depuradoras con Nitrificación y Desnitrificación:

La nitrificación (transferencia de amonio a nitrato) es un prerrequisito indispensable para la desnitrificación. Tras la nitrificación, se puede llevar a cabo la eliminación de nitrógeno mediante desnitrificación (transferencia de nitrato a nitrógeno gas).

N orgánico –> Amonio ——> Nitrato —> N₂

–> Síntesis celular —> Nitrato efluente.

Nitrificación:

Condiciones para el Desarrollo:

• Suficiente edad del fango, suficiente cantidad de oxígeno y pH adecuado y suficiente alcalinidad.

Consecuencias de la Nitrificación:

• Mayor consumo de oxígeno, consumo de alcalinidad y mayor edad del fango –> mayor volumen del reactor.

Desnitrificación:

Condiciones para el Desarrollo:

• Zonas libres de oxígeno disuelto y presencia de formas oxidadas de nitrógeno, presencia de materia orgánica como fuente de carbono.

Consecuencias de la Nitrificación:

• Recuperación de la mitad de la alcalinidad consumida al nitrificar.

Configuraciones:

Desnitrificación Post-Conectada:

• Ventajas: Menores recirculaciones, evita el fango flotante en decantador secundario.
• Inconvenientes: Lenta velocidad de transferencia del N-NO₃^– por falta de sustrato fácilmente biodegradable. No se aprovechan el oxígeno utilizado en nitrificación.

Desnitrificación Preconectada:

• Ventajas: Se aprovecha materia orgánica del agua residual, se recupera parte de la alcalinidad consumida en la nitrificación y se ahorra parte de oxígeno gastado.
• Inconvenientes: Altas recirculaciones.

Eliminación del Fósforo:

Eliminación Química:

Convertir fosfatos disueltos en precipitados insolubles por adición de sales metálicas. PO₄^3- + Fe³⁺ –> FePO₄.

Puntos de Dosificación de Reactivos:

• Pre-precipitación: Tras desarenado.
• Precipitación Simultánea: Tras reacción biológica.
• Post-precipitación: Tras decantador secundario.

Eliminación Biológica:

Favoreciendo el crecimiento de unas bacterias (bacterias PAO) capaces de acumular gran cantidad de fósforo. Su crecimiento se estimula sometiendo al fango activo a condiciones anaerobias y aerobias alternadamente.

Espesamiento:

Concentración de los fangos antes de su conducción a vertedero o a la digestión. El volumen de fango a transportar resulta así mucho menor. Y mezcla y homogeneización de los fangos procedentes de distintos decantadores.

Espesamiento por Gravedad:

Espesamiento por Flotación:

Tratamiento de Lodos: Producción de Fangos

Deshidratación:

Eras de Secado:

Paredes y fondo impermeables. Dren de fondo recoge el líquido drenado para su incorporación a la línea de agua depurada. Pueden ser cubiertas en zonas de lluvia. Problema fundamental es la extracción de fangos, que debe ser manual –> muchas horas.

Lagunas de Secado:

Lagunas utilizadas para eliminar los fangos, profundidad = 2-2.4m. 1 año para obtener contenido de agua < 80%. Ciclo: 1 año llenándose, 18 meses de secado, 6 meses de reserva. Solo se utilizan como depósitos de reserva cuando los fangos se destinan a abonado.

Filtros Banda:

Variables que Influyen en Rendimiento: Características del fango, método de acondicionamiento del fango, presión aplicada por las bandas, porosidad y anchura de bandas y velocidad de giro de las bandas.

Filtro Prensa:

• Ventajas: Elevada concentración de sólidos en el torta y baja concentración de sólidos en el escurrido.
• Inconvenientes: Funcionamiento discontinuo, alto coste de equipos y mano de obra cualificada, equipos ocupan gran superficie.

Digestión Aerobia:

Descomposición biológica de la materia orgánica presente en los fangos en presencia de oxígeno.

Ventajas:

• Buena reducción de sólidos volátiles, reducción de concentraciones de DBO₅ del sobrenadante, minimización del problema de olores en el producto digerido y obtención de un producto con gran valor desde el punto de vista agrícola.

Inconvenientes:

• El fango así estabilizado es más difícil de deshidratar y elevados costes de mantenimiento por gasto energético.

Sistemas de Aireación:

Sistemas de Difusión:

• Ventajas: Transferencia de oxígeno se controla fácilmente, las espumas en el tanque no afectan a la capacidad de oxigenación y se incrementa la temperatura del digestor.
• Inconvenientes: Requiere adecuado mantenimiento por la posibilidad de atascamiento de los difusores.

Aireadores Superficiales:

• Ventajas: Bajo mantenimiento y elevada capacidad de transferencia.
• Inconvenientes: Menor control sobre oxigenación, rendimiento puede verse afectado por espumas y flotantes y posibles problemas en tiempos y zonas frías.

Aireadores Sumergidos:

• Ventajas: Buen control de oxigenación, capacidad de oxigenación no se ve afectada por espumas, insensible a la variación de nivel y no hay problemas de hielo en invierno.
• Inconveniente: Coste suele ser más elevado que en caso de las turbinas.

Digestión Anaerobia:

Tipos de Procesos:

• Sin enriquecimiento de biomasa: Digestión en etapa única con mezcla completa, digestión en etapa doble y digestión en dos fases.
• Con enriquecimiento de biomasa: Fijación de biomasa mediante instalación en el interior de los digestores de material soporte fijo, fijación de biomasa mediante relleno del reactor con materiales soporte flotante y recirculación de parte de la biomasa ya formada una vez extraída del digestor.

Sistemas de Agitación:

• Inyección de gas: Recogen el gas producido en el digestor, lo comprimen y lo descargan a través de una serie de difusores en el fondo del tanque.
• Agitación mecánica: Mediante turbinas o agitadores de baja velocidad cuyos elementos giratorios desplazan el fango mezclado.
• Bombeo mecánico: Consisten en bombas de hélice o centrífugas, consiguiéndose el mezclado mediante la circulación de fango.

Calefacción del Digestor:

Las necesidades de calor vienen dadas por: Aumentar la temperatura del fango alimentado, compensar las pérdidas de calor que se producen a través de las paredes, fondo y cubierta del digestor y compensar las pérdidas en conducciones que comunican la fuente de calor con el tanque de digestión.

Seguridad:

Para que ocurra una explosión deben concurrir: gas, aire, fuente de calor.

Conclusión: Toda línea de gas debe evitar contacto entre aire y gas.

Decantadores Primarios:

• Decantador Rectangular con Rasquetas de Cadenas.
• Decantador Rectangular con Rasquetas en Puente Móvil.
• Decantador Circular con Rasquetas de Barrido (rasc: radial/periférico y trac: central/periférico).
• Decantador Circular Doble Vertedero.
• Decantador Vertical sin Rasquetas.

Decantadores Secundarios:

• Decantador Circular con Rasquetas de Succión.
• (idem ↑) y Doble Vertedero de Salida de Agua Clarificada.
• Decantador Rectangular con Rasquetas de Cadenas.
• Decantador Rectangular con Rasquetas por Puente Móvil.

Contaminantes Relevantes en el Tratamiento del Agua Residual:

Sólidos en Suspensión:

Producen olores y disminución de O2 en los cauces. Los volátiles no biodegradables y los inorgánicos producen acumulaciones y arrastres según la velocidad del agua. Dificultan el paso de la luz y las funciones que de ellas derivan. Muerte de peces. Perjudican usos recreativos.

Materia Orgánica:

Puede ser biodegradable y no biodegradable. Se mide normalmente en DBO₅ y DQO.

La biodegradable produce agotamiento de O2 por respiración de bacterias y como consecuencia condiciones sépticas. Otras consecuencias: olores y sabores desagradables, muerte de peces, etc.

Nutrientes (Nitrógeno y Fósforo):

Consumo de oxígeno del cauce y toxicidad para la fauna. N y P: Causan la eutrofización en lagos y embalses.

Patógenos:

Organismos capaces de transmitir enfermedades vía hídrica.

Metales Pesados:

Son tóxicos para los tratamientos del agua y para reuso de aguas (abastecimiento y riegos) y fangos (agricultura).

Sólidos Inorgánicos Disueltos:

Se incrementan en el agua como consecuencia de su uso y pueden perjudicar su reutilización.