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Los
procesos empleados en las plantas depuradoras municipales suelen
clasificarse como parte del tratamiento primario, secundario o
terciario.
Tratamiento primario
Las aguas residuales que entran en una depuradora contienen materiales
que podrían atascar o dañar las bombas y la maquinaria.
Estos materiales se eliminan por medio de enrejados o barras verticales,
y se queman o se entierran tras ser recogidos manual o mecánicamente.
El agua residual pasa a continuación a través de
una trituradora, donde las hojas y otros materiales orgánicos
son triturados para facilitar su posterior procesamiento y eliminación.
Cámara de arena

En el pasado, se usaban tanques de deposición, largos y
estrechos, en forma de canales, para eliminar materia inorgánica
o mineral como arena, sedimentos y grava. Estas cámaras
estaban diseñadas de modo que permitieran que las partículas
inorgánicas de 0,2 mm o más se depositaran en el
fondo, mientras que las partículas más pequeñas
y la mayoría de los sólidos orgánicos que
permanecen en suspensión continuaban su recorrido. Hoy
en día las más usadas son las cámaras aireadas
de flujo en espiral con fondo en tolva, o clarificadores, provistos
de brazos mecánicos encargados de raspar. Se elimina el
residuo mineral y se vierte en vertederos sanitarios. La acumulación
de estos residuos puede ir de los 0,08 a los 0,23 m3 por cada
3,8 millones de litros de aguas residuales.
Sedimentación
Una vez eliminada la fracción mineral sólida, el
agua pasa a un depósito de sedimentación donde se
depositan los materiales orgánicos, que son retirados para
su eliminación. El proceso de sedimentación puede
reducir de un 20 a un 40% la DBO5 y de un 40 a un 60% los sólidos
en suspensión.
La tasa de sedimentación se incrementa en algunas plantas
de tratamiento industrial incorporando procesos llamados coagulación
y floculación químicas al tanque de sedimentación.
La coagulación es un proceso que consiste en añadir
productos químicos como el sulfato de aluminio, el cloruro
férrico o polielectrolitos a las aguas residuales; esto
altera las características superficiales de los sólidos
en suspensión de modo que se adhieren los unos a los otros
y precipitan. La floculación provoca la aglutinación
de los sólidos en suspensión. Ambos procesos eliminan
más del 80% de los sólidos en suspensión.
Flotación
Una alternativa a la sedimentación, utilizada en el tratamiento
de algunas aguas residuales, es la flotación, en la que
se fuerza la entrada de aire en las mismas, a presiones de entre
1,75 y 3,5 kg por cm2. El agua residual, supersaturada de aire,
se descarga a continuación en un depósito abierto.
En él, la ascensión de las burbujas de aire hace
que los sólidos en suspensión suban a la superficie,
de donde son retirados. La flotación puede eliminar más
de un 75% de los sólidos en suspensión.
Digestión
La digestión es un proceso microbiológico que convierte
el lodo, orgánicamente complejo, en metano, dióxido
de carbono y un material inofensivo similar al humus. Las reacciones
se producen en un tanque cerrado o digestor, y son anaerobias,
esto es, se producen en ausencia de oxígeno. La conversión
se produce mediante una serie de reacciones. En primer lugar,
la materia sólida se hace soluble por la acción
de enzimas. La sustancia resultante fermenta por la acción
de un grupo de bacterias productoras de ácidos, que la
reducen a ácidos orgánicos sencillos, como el ácido
acético. Entonces los ácidos orgánicos son
convertidos en metano y dióxido de carbono por bacterias.
Se añade lodo espesado y calentado al digestor tan frecuentemente
como sea posible, donde permanece entre 10 y 30 días hasta
que se descompone. La digestión reduce el contenido en
materia orgánica entre un 45 y un 60 por ciento.
Desecación
El lodo digerido se extiende sobre lechos de arena para que se
seque al aire. La absorción por la arena y la evaporación
son los principales procesos responsables de la desecación.
El secado al aire requiere un clima seco y relativamente cálido
para que su eficacia sea óptima, y algunas depuradoras
tienen una estructura tipo invernadero para proteger los lechos
de arena. El lodo desecado se usa sobre todo como acondicionador
del suelo; en ocasiones se usa como fertilizante, debido a que
contiene un 2% de nitrógeno y un 1% de fósforo.
Tratamiento secundario
Una vez eliminados de un 40 a un 60% de los sólidos en
suspensión y reducida de un 20 a un 40% la DBO5 por medios
físicos en el tratamiento primario, el tratamiento secundario
reduce la cantidad de materia orgánica en el agua. Por
lo general, los procesos microbianos empleados son aeróbicos,
es decir, los microorganismos actúan en presencia de oxígeno
disuelto. El tratamiento secundario supone, de hecho, emplear
y acelerar los procesos naturales de eliminación de los
residuos. En presencia de oxígeno, las bacterias aeróbicas
convierten la materia orgánica en formas estables, como
dióxido de carbono, agua, nitratos y fosfatos, así
como otros materiales orgánicos. La producción de
materia orgánica nueva es un resultado indirecto de los
procesos de tratamiento biológico, y debe eliminarse antes
de descargar el agua en el cauce receptor.
Hay diversos procesos alternativos para el tratamiento secundario,
incluyendo el filtro de goteo, el lodo activado y las lagunas.
Filtro de goteo
En este proceso, una corriente de aguas residuales se distribuye
intermitentemente sobre un lecho o columna de algún medio
poroso revestido con una película gelatinosa de microorganismos
que actúan como agentes destructores. La materia orgánica
de la corriente de agua residual es absorbida por la película
microbiana y transformada en dióxido de carbono y agua.
El proceso de goteo, cuando va precedido de sedimentación,
puede reducir cerca de un 85% la DBO5.
Fango activado
Se trata de un proceso aeróbico en el que partículas
gelatinosas de lodo quedan suspendidas en un tanque de aireación
y reciben oxígeno. Las partículas de lodo activado,
llamadas floc, están compuestas por millones de bacterias
en crecimiento activo aglutinadas por una sustancia gelatinosa.
El floc absorbe la materia orgánica y la convierte en productos
aeróbicos. La reducción de la DBO5 fluctúa
entre el 60 y el 85 por ciento.
Un importante acompañante en toda planta que use lodo activado
o un filtro de goteo es el clarificador secundario, que elimina
las bacterias del agua antes de su descarga.
Estanque de estabilización o laguna
Otra forma de tratamiento biológico es el estanque de estabilización
o laguna, que requiere una extensión de terreno considerable
y, por tanto, suelen construirse en zonas rurales. Las lagunas
opcionales, que funcionan en condiciones mixtas, son las más
comunes, con una profundidad de 0,6 a 1,5 m y una extensión
superior a una hectárea. En la zona del fondo, donde se
descomponen los sólidos, las condiciones son anaerobias;
la zona próxima a la superficie es aeróbica, permitiendo
la oxidación de la materia orgánica disuelta y coloidal.
Puede lograrse una reducción de la DBO5 de un 75 a un 85
por ciento.
Tratamiento avanzado de las aguas residuales
Si el agua que ha de recibir el vertido requiere un grado de tratamiento
mayor que el que puede aportar el proceso secundario, o si el
efluente va a reutilizarse, es necesario un tratamiento avanzado
de las aguas residuales. A menudo se usa el término tratamiento
terciario como sinónimo de tratamiento avanzado, pero no
son exactamente lo mismo. El tratamiento terciario, o de tercera
fase, suele emplearse para eliminar el fósforo, mientras
que el tratamiento avanzado podría incluir pasos adicionales
para mejorar la calidad del efluente eliminando los contaminantes
recalcitrantes. Hay procesos que permiten eliminar más
de un 99% de los sólidos en suspensión y reducir
la DBO5 en similar medida. Los sólidos disueltos se reducen
por medio de procesos como la ósmosis inversa y la electrodiálisis.
La eliminación del amoníaco, la desnitrificación
y la precipitación de los fosfatos pueden reducir el contenido
en nutrientes. Si se pretende la reutilización del agua
residual, la desinfección por tratamiento con ozono es
considerada el método más fiable, excepción
hecha de la cloración extrema. Es probable que en el futuro
se generalice el uso de estos y otros métodos de tratamiento
de los residuos a la vista de los esfuerzos que se están
haciendo para conservar el agua mediante su reutilización.
Vertido del líquido
El vertido final del agua tratada se realiza de varias formas.
La más habitual es el vertido directo a un río o
lago receptor. En aquellas partes del mundo que se enfrentan a
una creciente escasez de agua, tanto de uso doméstico como
industrial, las autoridades empiezan a recurrir a la reutilización
de las aguas tratadas para rellenar los acuíferos, regar
cultivos no comestibles, procesos industriales, recreo y otros
usos. En un proyecto de este tipo, en la Potable Reuse Demonstration
Plant de Denver, Colorado, el proceso de tratamiento comprende
los tratamientos convencionales primario y secundario, seguidos
de una limpieza por cal para eliminar los compuestos orgánicos
en suspensión. Durante este proceso, se crea un medio alcalino
(pH elevado) para potenciar el proceso. En el paso siguiente se
emplea la recarbonatación para volver a un pH neutro. A
continuación se filtra el agua a través de múltiples
capas de arena y carbón vegetal, y el amoníaco es
eliminado por ionización. Los pesticidas y demás
compuestos orgánicos aún en suspensión son
absorbidos por un filtro granular de carbón activado. Los
virus y bacterias se eliminan por ozonización. En esta
fase el agua debería estar libre de todo contaminante pero,
para mayor seguridad, se emplean la segunda fase de absorción
sobre carbón y la ósmosis inversa y, finalmente,
se añade dióxido de cloro para obtener un agua de
calidad máxima.
Fosa séptica
Un proceso de tratamiento de las aguas residuales que suele usarse
para los residuos domésticos es la fosa séptica:
una fosa de cemento, bloques de ladrillo o metal en la que sedimentan
los sólidos y asciende la materia flotante. El líquido
aclarado en parte fluye por una salida sumergida hasta zanjas
subterráneas llenas de rocas a través de las cuales
puede fluir y filtrarse en la tierra, donde se oxida aeróbicamente.
La materia flotante y los sólidos depositados pueden conservarse
entre seis meses y varios años, durante los cuales se descomponen
anaeróbicamente.
CONTAMINACIÓN
DEL AGUA, incorporación al agua de materias extrañas,
como microorganismos, productos químicos, residuos industriales
y de otros tipos, o aguas residuales. Estas materias deterioran
la calidad del agua y la hacen inútil para los usos pretendidos.
Principales contaminantes
Los principales
contaminantes del agua son los siguientes:
Aguas residuales
y otros residuos que demandan oxígeno (en su mayor parte
materia orgánica, cuya descomposición produce la
desoxigenación del agua).
Agentes infecciosos.
Nutrientes vegetales
que pueden estimular el crecimiento de las plantas acuáticas.
Éstas, a su vez, interfieren con los usos a los que se
destina el agua y, al descomponerse, agotan el oxígeno
disuelto y producen olores desagradables.
Productos químicos, incluyendo los pesticidas, diversos
productos industriales, las sustancias tensioactivas contenidas
en los detergentes, y los productos de la descomposición
de otros compuestos orgánicos.
Petróleo, especialmente el procedente de los vertidos accidentales.
Minerales inorgánicos y compuestos químicos.
Sedimentos formados por partículas del suelo y minerales
arrastrados por las tormentas y escorrentías desde las
tierras de cultivo, los suelos sin protección, las explotaciones
mineras, las carreteras y los derribos urbanos.
Sustancias radiactivas procedentes de los residuos producidos
por la minería y el refinado del uranio y el torio, las
centrales nucleares y el uso industrial, médico y científico
de materiales radiactivos.
El calor también
puede ser considerado un contaminante cuando el vertido del agua
empleada para la refrigeración de las fábricas y
las centrales energéticas hace subir la temperatura del
agua de la que se abastecen.
Efectos de la contaminación del agua
Los efectos de
la contaminación del agua incluyen los que afectan a la
salud humana. La presencia de nitratos (sales del ácido
nítrico) en el agua potable puede producir una enfermedad
infantil que en ocasiones es mortal. El cadmio presente en los
fertilizantes derivados del cieno o lodo puede ser absorbido por
las cosechas; de ser ingerido en cantidad suficiente, el metal
puede producir un trastorno diarreico agudo, así como lesiones
en el hígado y los riñones. Hace tiempo que se conoce
o se sospecha de la peligrosidad de sustancias inorgánicas,
como el mercurio, el arsénico y el plomo.
Los lagos son especialmente
vulnerables a la contaminación. Hay un problema, la eutrofización,
que se produce cuando el agua se enriquece de modo artificial
con nutrientes, lo que produce un crecimiento anormal de las plantas.
Los fertilizantes químicos arrastrados por el agua desde
los campos de cultivo pueden ser los responsables. El proceso
de eutrofización puede ocasionar problemas estéticos,
como mal sabor y olor, y un cúmulo de algas o verdín
desagradable a la vista, así como un crecimiento denso
de las plantas con raíces, el agotamiento del oxígeno
en las aguas más profundas y la acumulación de sedimentos
en el fondo de los lagos, así como otros cambios químicos,
tales como la precipitación del carbonato de calcio en
las aguas duras. Otro problema cada vez más preocupante
es la lluvia ácida, que ha dejado muchos lagos del norte
y el este de Europa y del noreste de Norteamérica totalmente
desprovistos de vida.
Fuentes y control
Las principales
fuentes de contaminación acuática pueden clasificarse
como urbanas, industriales y agrícolas.
La contaminación urbana está formada por las aguas
residuales de los hogares y los establecimientos comerciales.
Durante muchos años, el principal objetivo de la eliminación
de residuos urbanos fue tan sólo reducir su contenido en
materias que demandan oxígeno, sólidos en suspensión,
compuestos inorgánicos disueltos (en especial compuestos
de fósforo y nitrógeno) y bacterias dañinas.
En los últimos años, por el contrario, se ha hecho
más hincapié en mejorar los medios de eliminación
de los residuos sólidos producidos por los procesos de
depuración. Los principales métodos de tratamiento
de las aguas residuales urbanas tienen tres fases: el tratamiento
primario, que incluye la eliminación de arenillas, la filtración,
el molido, la floculación (agregación de los sólidos)
y la sedimentación; el tratamiento secundario, que implica
la oxidación de la materia orgánica disuelta por
medio de lodo biológicamente activo, que seguidamente es
filtrado; y el tratamiento terciario, en el que se emplean métodos
biológicos avanzados para la eliminación del nitrógeno,
y métodos físicos y químicos, tales como
la filtración granular y la adsorción por carbono
activado. La manipulación y eliminación de los residuos
sólidos representa entre un 25 y un 50% del capital y los
costes operativos de una planta depuradora.
Las características
de las aguas residuales industriales pueden diferir mucho tanto
dentro como entre las empresas. El impacto de los vertidos industriales
depende no sólo de sus características comunes,
como la demanda bioquímica de oxígeno, sino también
de su contenido en sustancias orgánicas e inorgánicas
específicas. Hay tres opciones (que no son mutuamente excluyentes)
para controlar los vertidos industriales. El control puede tener
lugar allí donde se generan dentro de la planta; las aguas
pueden tratarse previamente y descargarse en el sistema de depuración
urbana; o pueden depurarse por completo en la planta y ser reutilizadas
o vertidas sin más en corrientes o masas de agua.
La agricultura, la ganadería comercial y las granjas avícolas,
son la fuente de muchos contaminantes orgánicos e inorgánicos
de las aguas superficiales y subterráneas. Estos contaminantes
incluyen tanto sedimentos procedentes de la erosión de
las tierras de cultivo como compuestos de fósforo y nitrógeno
que, en parte, proceden de los residuos animales y los fertilizantes
comerciales. Los residuos animales tienen un alto contenido en
nitrógeno, fósforo y materia consumidora de oxígeno,
y a menudo albergan organismos patógenos. Los residuos
de los criaderos industriales se eliminan en tierra por contención,
por lo que el principal peligro que representan es el de la filtración
y las escorrentías. Las medidas de control pueden incluir
el uso de depósitos de sedimentación para líquidos,
el tratamiento biológico limitado en lagunas aeróbicas
o anaeróbicas, y toda una serie de métodos adicionales.
Contaminación
marina
Los vertidos que
llegan directamente al mar contienen sustancias tóxicas
que los organismos marinos absorben de forma inmediata. Además
forman importantes depósitos en los ríos que suponen
a su vez un desarrollo enorme de nuevos elementos contaminantes
y un crecimiento excesivo de organismos indeseables. Estos depósitos
proceden de las estaciones depuradoras, de los residuos de dragados
(especialmente en los puertos y estuarios), de las graveras, de
los áridos, así como de una gran variedad de sustancias
tóxicas orgánicas y químicas.
Vertidos de petróleo (mareas negras)
Las descargas accidentales
y a gran escala de petróleo líquido son una importante
causa de contaminación de las costas. Los casos más
espectaculares de contaminación por crudos suelen estar
a cargo de los superpetroleros empleados para transportarlos,
pero hay otros muchos barcos que vierten también petróleo,
y la explotación de las plataformas petrolíferas
marinas supone también una importante aportación
de vertidos. Se estima que de cada millón de toneladas
de crudo embarcadas se vierte una tonelada. Entre las mayores
mareas negras registradas hasta el momento se encuentran la producida
por el petrolero Amoco Cádiz frente a las costas francesas
en 1978 (1,6 millones de barriles de crudo) y la producida por
el pozo petrolífero Ixtoc I en el golfo de México
en 1979 (3,3 millones de barriles). El vertido de 240.000 barriles
por el petrolero Exxon Valdez en el Prince William Sound, en el
golfo de Alaska, en marzo de 1989, produjo, en el plazo de una
semana, una marea negra de 6.700 km2, que puso en peligro la vida
silvestre y las pesquerías de toda el área. Por
el contrario, los 680.000 barriles vertidos por el Braer frente
a la costa de las islas Shetland en enero de 1993 se dispersaron
en pocos días por acción de las olas propias de
unas tormentas excepcionalmente fuertes.
Los
vertidos de petróleo acaecidos en el golfo Pérsico
en 1983, durante el conflicto Irán-Irak, y en 1991, durante
la Guerra del Golfo, en los que se liberaron hasta 8 millones
de barriles de crudo, produjeron enormes daños en toda
la zona, sobre todo por lo que se refiere a la vida marina. |