MARCO TEÓRICO

AGUAS RESIDUALES DE LAS VIVIENDAS

Las aguas procedentes de viviendas tienen una alta carga de contaminación fecal y antes de ser devueltas a la naturaleza deben ser convenientemente depuradas. El riesgo que conlleva un vertido de aguas fecales es que puedan alterar el medio ambiente, o incluso contaminar otras fuentes de agua como acuíferos, manantiales, ríos, etc. El alto contenido de materia orgánica, puede ser empleado por el hombre para alimentar ciertas plantas en su propio interés. Pero cuando estas aguas deben ser vertidas de nuevo a la naturaleza, el rápido crecimiento de ciertos micros y macro organismos puede agotar el oxígeno del agua (preciso para el desarrollo de la flora y fauna autóctona), y/o favorecer el crecimiento de algunas especies no habituales alterando el ecosistema natural.[1]

 En algunos casos, las aguas residuales tienen una subutilización como el único recurso hídrico de las comunidades pobres que subsisten por medio de la agricultura. Si bien el uso de aguas residuales en la agricultura puede aportar beneficios (incluidos los beneficios de salud como una mejor nutrición y provisión de alimentos para muchas viviendas), su uso no controlado generalmente está relacionado con impactos significativos sobre la salud humana. Estos impactos en la salud se pueden minimizar cuando se implementan buenas prácticas de manejo. [2]

Los trabajos con aguas residuales industriales es con la intención de separar las partículas indebidas del líquido principal. Debido a la fuerza que emplea la purificadora, se logran buenos resultados cuando las sustancias pasan a través de los filtros y esto motiva el mejor aspecto del agua.   Lo ciertos es que todos los trabajos apuntados a mejorar el aspecto que muestran las aguas residuales industriales tienen como eje principal el objetivo de separar los materiales que contienen una cantidad importante de impurezas. En el último tiempo, estos trabajos realizados con purificadoras se han duplicado en favor de los materiales que se exponen a tratamientos, circunstancia que genera eficientes procesos de purificación      Suena lógico pensar que aquellas partículas que pasaron por las fuerzas desgarradoras de las purificadoras quedan a mitad de camino, separándose de las aguas residuales industriales. [3]

PROBLEMÁTICA ACTUAL DEL EL AGUA POTABLE A NIVEL MUNDIAL

A nivel mundial la problemática del agua potable brota como el mayor conflicto geopolítico del siglo XXI ya que se espera que en el año 2025, la

demanda de este elemento tan necesario para la vida humana sea de un 56% superior que el suministro y quienes posean agua podrían ser blanco de un saqueo forzado. El problema es que el agua es un recurso que se da sentado en muchos lugares, es muy escaso para los 1.100 millones de personas que carecen de acceso al agua potable, a las que habría que sumar otros 2.400 millones de personas que no tienen acceso a un saneamiento adecuado. El problema no es la falta de agua dulce potable sino, más bien, la mala gestión y distribución de los recursos hídricos y sus métodos.El problema no es la falta de agua dulce potable sino, más bien, la mala gestión y distribución de los recursos hídricos y sus métodos. [4]

Colombia tiene problemas de abastecimiento de agua potable como lo indica un informe revelado por la Defensoría del Pueblo reveló que el 89 por ciento de los municipios y más de la mitad de la población total del país afronta problemas en materia de abastecimiento de agua potable.La investigación también revela que hay más de 14 millones de habitantes que en estos momentos viven en sitios con índice de escasez que llegan a los niveles medio y alto. De los 1.119 municipios y corregimientos del país, 56 tienen coberturas por encima del 95 por ciento y están en el nivel “sin prioridad”; el “bajo” lo ostentan 94 municipios, el “medio” 11, el “medio alto” 71 municipios y el “alto” 887.La Defensoría advirtió que en los próximos años seguirá aumentando la demanda de agua para los usos humanos y económicos, y lo grave es que la oferta aprovechable del recurso puede verse reducida si continúan las tendencias actuales de deforestación y la ausencia casi total de tratamiento de las aguas residuales."Todavía en Colombia la política pública ha estado dirigida a la ampliación de coberturas y creo que es necesario trabajar mucho en la construcción y el mantenimiento de sistemas de tratamiento y de potabilización de agua en Colombia, es necesario que los municipios puedan dotarse de la infraestructura adecuada para poder dotar a sus habitantes unos niveles de consumo de agua en condiciones adecuadas y de potabilidad", manifestó el Defensor. [5]

Para el año 2006, la problemática del agua potable en Antioquia, correspondió al 86.8%, por debajo del promedio nacional que es del 94.8%. En el área urbana la cobertura es del 96.3% y en el área rural del 53.9%.En Antioquia para el año 2006, de los 125 municipios, 123 tienen planta de potabilización en las zonas urbanas y sólo 71 de ellos suministran agua apta para el consumo humano, lo cual representa el 57%.

De lo anterior, se puede colegir que el problema de suministro de agua potable no es sólo un problema de infraestructura, ya que los municipios poseen sus plantas de potabilización y en general la infraestructura necesaria para la buena prestación de los servicios, sin embargo, a pesar de tener los recursos, la comunidad no dispone del servicio de agua potable.Revisadas las causas, se concluye que los principales problemas se centran en las deficiencias de construcción, administración, operación y mantenimiento de los sistemas por parte de los municipios. [6]

FILTROS PARA AGUAS RESIDUALES

Para la purificación de las aguas residuales son utilizados varios tipos de filtros como:

La filtración de la arena que es un método usado con frecuencia, muy robusto para quitar los sólidos suspendidos del agua. El medio de filtro consiste en una capa múltiple de arena con una variedad de tamaño y gravedad específica. Cuando los filtros se cargan con las partículas se invierte la dirección de filtración, para regenerarlo. Los sólidos suspendidos más pequeños tienen la capacidad de pasar a través de un filtro de arena, a menudo se requiere la filtración secundaria.

La filtración de membrana con flujo cruzado quita las sales y materia orgánica disuelta, usando una membrana permeable que impregne solamente los contaminantes. Hay diversas técnicas de filtración con membranas, estas son: micro filtración, ultrafiltración, nanofiltración y osmosis inversa (OI). Cuál de estas técnicas se pone en ejecución depende de la clase de compuestos que necesiten ser quitados y su tamaño de partícula.

La filtración de cartucho consisten en fibras que funcionan generalmente con más eficacia económica en los usos que tienen niveles de contaminación de menos de 100 PPM. Para usos donde la contaminación es más alta, los cartuchos se utilizan normalmente como filtro en las etapas finales. [7]

PROCESOS GENERALES DE LIMPIEZA DE AGUAS RESIDUALES

PLANTA DE AGUAS RESIDUALES

Los procesos más utilizados en las plantas de purificación de aguas residuales son:

El tamizado que son autos limpiantes, están construidos con mallas dispuestas en una inclinación particular que deja atravesar el agua y obliga a deslizarse a la materia sólida retenida hasta caer fuera de la malla por sí sola.

Las rejas se utilizan para separar objetos de tamaño más importante que el de simples partículas que son arrastrados por la corriente de agua. Se utilizan solamente en desbastes previos. El objetivo es proteger los equipos mecánicos e instalaciones posteriores que podrían ser dañados u obstruidos con perjuicio de los procesos que tuviesen lugar. Se construyen con barras metálicas de 6 o más mm de espesor, dispuestas paralelamente y espaciadas de 10 a 100 mm. Se limpian mediante rastrillos que pueden ser manejados manualmente o accionados automáticamente.

En la microfiltración se trabaja a baja carga, con muy poco desnivel, y están basados en una pantalla giratoria de acero o material plástico a través de la cual circula el agua. Las partículas sólidas quedan retenidas en la superficie interior del microfiltro que dispone de un sistema de lavado continuo para mantener las mallas limpias. Se han utilizado eficazmente para separar algas de aguas superficiales y como tratamiento terciario en la depuración de aguas residuales. Según la aplicación se selecciona el tamaño de malla indicado. Con mallas de acero pueden tener luces del orden de 30 micras y con mallas de poliéster se consiguen buenos rendimientos con tamaños de hasta 6 micras.

En los tratamientos primarios el principal objetivo es el de remover aquellos contaminantes que pueden sedimentar, como por ejemplo los sólidos sedimentables y algunos suspendidos o aquellos que pueden flotar como las grasas.

El tratamiento primario presenta diferentes alternativas según la configuración general y el tipo de tratamiento que se haya adoptado. Se puede hablar de una sedimentación primaria como último tratamiento o precediendo un tratamiento biológico, de una coagulación cuando se opta por tratamientos de tipo físico-químico.

En la sedimentación primaria se realiza en tanques ya sean rectangulares o cilíndricos en donde se remueve de un 60 a 65% de los sólidos sedimentables y de 30 a 35% de los sólidos suspendidos en las aguas residuales. En la sedimentación primaria el proceso es de tipo floculante y los lodos producidos están conformados por partículas orgánicas.

Un tanque de sedimentación primaria tiene profundidades que oscilan entre 3 y 4m y tiempos de detención entre 2 y 3 horas. En estos tanques el agua residual es sometida a condiciones de reposo para facilitar la sedimentación de los sólidos sedimentables. El porcentaje de partículas sedimentadas puede aumentarse con tiempos de detención más altos, aunque se sacrifica eficiencia y economía en el proceso; las grasas y espumas que se forman sobre la superficie del sedimentador primario son

removidas por medio de rastrillos que ejecutan un barrido superficial continuo.

La precipitación química o coagulación en el tratamiento de las aguas residuales es un proceso de precipitación química en donde se agregan compuestos químicos con el fin de remover los sólidos. El uso de la coagulación ha despertado interés sobre todo como tratamiento terciario y con el fin de remover fósforo, color, turbiedad y otros compuestos orgánicos.

Pero también esta los tratamientos secundarios y el objetivo de este tratamiento es remover la demanda biológica de oxígeno (DBO) soluble que escapa a un tratamiento primario, además de remover cantidades adicionales de sólidos sedimentables.

El tratamiento secundario intenta reproducir los fenómenos naturales de estabilización de la materia orgánica, que ocurre en el cuerpo receptor. La ventaja es que en ese proceso el fenómeno se realiza con más velocidad para facilitar la descomposición de los contaminantes orgánicos en períodos cortos de tiempo. Un tratamiento secundario remueve aproximadamente 85% de la DBO y los SS aunque no remueve cantidades significativas de nitrógeno, fósforo, metales pesados, demanda química de oxígeno (DQO) y bacterias patógenas.

Además de la materia orgánica se va a presentar gran cantidad de microorganismos como bacterias, hongos, protozoos, rotíferos, etc., que entran en estrecho contacto con la materia orgánica la cual es utilizada como su alimento. Los microorganismos convierten la materia orgánica biológicamente degradable en CO2 y H2O y nuevo material celular. Además se necesita un buen contacto entre ellos, la presencia de un buen suministro de oxígeno, aparte de la temperatura, PH y un adecuado tiempo de contacto.

Para llevar a efecto el proceso anterior se usan varios mecanismos tales como: lodos activados, biodisco, lagunaje, filtro biológico.

Los lodos activados son un tratamiento de tipo biológico en el cual una mezcla de agua residual y lodos biológicos es agitada y aireada. Los lodos biológicos producidos son separados y un porcentaje de ellos devueltos al tanque de aireación en la cantidad que sea necesaria. En este sistema las bacterias utilizan el oxígeno suministrado artificialmente para desdoblar los compuestos orgánicos que a su vez son utilizados para su crecimiento.

A medida que los microorganismos van creciendo se aglutinan formando los lodos activados; éstos más el agua residual fluyen a un tanque de

sedimentación secundaria en donde sedimentan los lodos. Los efluentes del sedimentador pueden ser descargados a una corriente receptora; parte de los lodos son devueltos al tanque con el fin de mantener una alta población bacterial para permitir una oxidación rápida de la materia orgánica.

El biodisco es tan eficaz como los lodos activados, requiere un espacio mucho menor, es fácil de operar y tiene un consumo energético inferior. Está formado por una estructura plástica de diseño especial, dispuesto alrededor de un eje horizontal. Según la aplicación puede estar sumergido de un 40 a un 90% en el agua a tratar.

El lagunaje es un tratamiento y se puede realizar en grandes lagunas con largos tiempos de retención (1/3 días) que les hace prácticamente insensibles a las variaciones de carga, pero que requieren terrenos muy extensos. La agitación debe ser suficiente para mantener los lodos en suspensión excepto en la zona más inmediata a la salida del efluente.

Por último el filtro biológico que está formado por un reactor, en el cual se ha situado un material de relleno sobre el cual crece una película de microorganismos aeróbicos con aspecto de limos.

La altura del filtro puede alcanzar hasta 12m. El agua residual se descarga en la parte superior mediante un distribuidor rotativo cuando se trata de un tanque circular. A medida que el líquido desciende a través del relleno entra en contacto con la corriente de aire ascendente y los microorganismos. La materia orgánica se descompone lo mismo que con los lodos activados, dando más material y CO2.

También existen la clase de tratamientos terciarios que tiene el objetivo de remover contaminantes específicos, usualmente tóxicos o compuestos no biodegradables o aún la remoción complementaria de contaminantes no suficientemente removidos en el tratamiento secundario.

Como medio de filtración se puede emplear arena, grava antracita o una combinación de ellas. El pulido de efluentes de tratamiento biológico se suele hacer con capas de granulometría creciente, duales o multimedia, filtrando en arena fina trabajando en superficie. Los filtros de arena fina son preferibles cuando hay que filtrar flóculos formados químicamente y aunque su ciclo sea más corto pueden limpiarse con menos agua.

La adsorción con carbón activo se utiliza para eliminar la materia orgánica residual que ha pasado el tratamiento biológico. [8]

CARBON ACTIVADO

El carbón activado es un material poroso, preparado por la carbonización y activación de materiales orgánicos, especialmente de origen vegetal, como madera, el carbón mineral, y cáscara de coco entre otros, con el fin de obtener un alto grado de porosidad y una importante superficie intraparticular. La elevada superficie específica facilita la absorción físicas de los gases y vapores de mezclas gaseosas o sustancias disueltas en líquidos.

Se compone en un 75-80% de carbono y un 5-10% de cenizas, físicamente se presenta en polvo o en granos. Existen varios tipos de carbón activo según la materia prima, tipo de activación y la duración del proceso de activación, pero, en cualquier caso, se caracteriza por su pequeño y homogéneo calibre y su estructura interna, formada por un gran número de poros de tamaños similares que puede alcanzar una superficie interna entre 500 y 1.500 m2/g. Estos poros se dividen según su tamaño en macro poros, con un radio mayor a 25 nm, meso poros, entre 25 y 1 nm y, micro poros, con radio inferior a 1 nm. [9]

Las propiedades del carbón activado desde el punto de vista de su composición química, el CA es carbón prácticamente puro, igual que el diamante, el grafito, el negro de humo y los diversos carbones minerales o vegetales. En el CA los átomos de carbono casi siempre se encuentran combinados en forma de placas grafíticas. Estas placas son planas, están separadas y tienen distintas orientaciones, por lo que existen espacios entre ellas. Estos espacios se denominan poros y son los que brindan al CA su principal característica: una gran área superficial y, por lo tanto, una alta capacidad adsorbente. El área de la mayoría de los carbones activados comerciales está entre 500 y 1.500 m2/g.

El CA actúa como adsorbente debido a un desequilibrio de fuerzas en la superficie de las placas grafíticas. Este desequilibrio provoca atracciones intermoleculares que causan la condensación del adsorbatos gaseoso o la precipitación del adsorbatos de la solución. El CA, adsorberá una molécula con mayor fuerza si existen dos placas grafíticas lo suficientemente cercanas a la misma como para atraerla. Una molécula con mayor peso molecular se retendrá con mayor fuerza, siempre y cuando su tamaño le permita caber entre las placas grafíticas.

El CA tiene una gran variedad de tamaños de poros que pueden clasificarse, en poros de adsorción y poros de transporte. Los poros de adsorción consiste en espacios entre placas grafíticas con una separación de entre una y cinco veces el diámetro de la molécula que va a retener. Los poros mayores son los de transporte, en esta clase de poros, sólo

una placa ejerce atracción sobre el adsorbatos y lo hace con una fuerza insuficiente para retenerlo, estos poros actúan como caminos de difusión; tienen poca influencia en la capacidad del CA, pero afecta a la cinética o velocidad con la que se lleva a cabo la adsorción.

El CA adsorbe bien todo tipo de moléculas orgánicas. No así las inorgánicas, excepto algunas como los molibdatos, los cianuros de oro, el dicianuro de cobre, el cloruro de mercurio, el yodo y las sales de plata, entre otros. La mayoría de las moléculas orgánicas que tienen ligados átomos de cloro, bromo o yodo se adsorben con mayor fuerza.

El CA puede fabricarse a partir de todo tipo de material carbonoso, cada materia prima brindará características y calidades distintas al producto. El tamaño de los poros y su distribución depende básicamente de la materia prima y no del método de activación.

Aunque el CA puede fabricarse a partir de un sinnúmero de materiales carbonosos, solamente se utilizan a nivel comercial la madera de pino, el carbón mineral lignítico, el carbón mineral bituminoso y la concha de coco, debido a su disponibilidad, bajo costo y a que los productos obtenidos a partir de ellos tienen las propiedades que cubren toda la gama de aplicaciones que el CA puede tener.

La dureza o resistencia a la abrasión es una propiedad muy importante en los CA que se van a utilizar en forma granular, ya que la falta de ésta provoca erosión y rompimientos durante el manejo y el uso. La reactivación de un CA que no tenga suficiente dureza no resulta rentable, ya que el proceso de reactivación somete al carbón a una serie de movimiento y de acciones erosionantes que lo rompen y disminuye su tamaño. [10]

La adsorción con carbón activo consiste en retirar del agua las sustancias solubles mediante el filtrado a través de un lecho de este material, consiguiéndose que los oligominerales pasen a través de los micros poros, separando y reteniendo en la superficie interna de los gránulos los compuestos más pesados.

Este proceso retiene sustancias no polares como aceite mineral, poli hidrocarburos aromáticos, cloro y derivados, sustancias halogenadas como I, Br, Cl, H, F, sustancias generadoras de malos olores y gustos en el agua, levaduras, residuos de la fermentación de materia orgánica, microorganismos, herbicidas, pesticidas, etc., todo ello sin alterar la composición original del agua, respetando los oligominerales y sin generar residuos contaminantes.

Por otro lado, los compuestos residuales derivados de procesos de cloración y ozonización son catalizados y pasan a formas reducidas inofensivas. En este caso, es recomendable emplear carbón de gran dureza, como los procedentes de hueso de aceituna y cáscara de coco, aunque también existen procedentes de hulla, lignito, madera, etc., obtenidos todos ellos a partir del calentamiento a temperaturas extremas en ausencia de oxígeno.

El tipo de filtro de carbón activo requerido depende principalmente de la calidad del agua y del objetivo de depuración planteado. Existen dos tipos básicos: abiertos o cerrados a presión. En ambos casos, para una misma calidad del agua filtrada, la actividad del carbón activo depende de su propia naturaleza y de la temperatura en el interior del filtro.

Su funcionamiento es muy simple, consiste en introducir el agua por la parte superior de una columna que contiene el carbón activo para que, mediante la acción de la gravedad o una presión artificial, circule hacia abajo y se recupere a través de un sistema de drenaje inferior. Durante este filtrado, el lecho va acumulando sustancias que cada cierto tiempo es preciso retirar. [9]