Qué Es El Agua Residual

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TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUALES ¿QUÉ ES EL AGUA RESIDUAL? Se puede definir el agua residual como la combinación de los residuos líquidos procedentes tanto de residencias como de instituciones públicas y establecimientos industriales y comerciales a los que pueden agregarse, eventualmente, aguas subterráneas, superficiales y pluviales. En la medida en que se vaya presentando acumulación y estancamiento del agua residual pueden generarse gases de mal olor debido a la descomposición orgánica que ésta posee; además es importante anotar que en el agua residual hay existencia de numerosos microorganismos patógenos y causantes de enfermedades que habitan en el aparato intestinal humano o que pueden estar en ciertos residuos industriales. Pero no todo es negativo, las aguas residuales contienen nutrientes que en gran parte ayudan al crecimiento de plantas acuáticas. CLASIFICACIÓN DE AGUAS RESIDUALES En general las aguas residuales se clasifican así: 1. AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS (ARD): son las provenientes de las actividades domésticas de la vida diaria como lavado de ropa, baño, preparación de alimentos, limpieza, etc. Estos desechos presentan un alto contenido de materia orgánica, detergentes y grasas. Su composición varía según los hábitos de la población que los genera. 2. AGUAS LLUVIAS (ALL): son las originadas por el escurrimiento superficial de las lluvias que fluyen desde los techos, calles, jardines y demás superficies del terreno. Los primeros flujos de ALL son generalmente muy contaminados debido al arrastre de basura y demás materiales acumulados en la superficie. La naturaleza de esta agua varía según su procedencia: zonas urbanas, rurales, semi rurales y aún dentro de estas zonas se presentan enormes variaciones según el tipo de actividad o uso del suelo que se tenga.

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TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUALES

¿QUÉ ES EL AGUA RESIDUAL?

Se puede definir el agua residual como la combinación de los residuos líquidos procedentes tanto de residencias como de instituciones públicas y establecimientos industriales y comerciales a los que pueden agregarse, eventualmente, aguas subterráneas, superficiales y pluviales.

En la medida en que se vaya presentando acumulación y estancamiento del agua residual pueden generarse gases de mal olor debido a la descomposición orgánica que ésta posee; además es importante anotar que en el agua residual hay existencia de numerosos microorganismos patógenos y causantes de enfermedades que habitan en el aparato intestinal humano o que pueden estar en ciertos residuos industriales. Pero no todo es negativo, las aguas residuales contienen nutrientes que en gran parte ayudan al crecimiento de plantas acuáticas.

CLASIFICACIÓN DE AGUAS RESIDUALES

En general las aguas residuales se clasifican así:

1. AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS (ARD): son las provenientes de las actividades domésticas de la vida diaria como lavado de ropa, baño, preparación de alimentos, limpieza, etc. Estos desechos presentan un alto contenido de materia orgánica, detergentes y grasas. Su composición varía según los hábitos de la población que los genera.

2. AGUAS LLUVIAS (ALL): son las originadas por el escurrimiento superficial de las lluvias que fluyen desde los techos, calles, jardines y demás superficies del terreno. Los primeros flujos de ALL son generalmente muy contaminados debido al arrastre de basura y demás materiales acumulados en la superficie. La naturaleza de esta agua varía según su procedencia: zonas urbanas, rurales, semi rurales y aún dentro de estas zonas se presentan enormes variaciones según el tipo de actividad o uso del suelo que se tenga.

3. RESIDUOS LÍQUIDOS INDUSTRIALES (RLI): son los provenientes de los diferentes procesos industriales. Su composición varía según el tipo de proceso industrial y aún para un mismo proceso industrial, se presentan características diferentes en industrias diferentes. Los RLI pueden ser alcalinos o ácidos, tóxicos, coloreados, etc, su composición refleja el tipo de materias primas utilizado dentro del proceso industrial.

4. AGUAS RESIDUALES AGRÍCOLAS (ARA): son las que provienen de la escorrentía superficial de las zonas agrícolas. Se caracterizan por la presencia de pesticidas, sales y un alto contenido de sólidos en suspensión. La descarga de esta agua es recibida directamente por los ríos o por los alcantarillados.

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TIPOS DE TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES

Aquellos métodos de tratamiento en los que predominan los fenómenos físicos se conocen como operaciones unitarias, mientras que aquellos métodos en los que la eliminación de los contaminantes se realiza con base en procesos químicos o biológicos se conocen como procesos unitarios.

Al referirse a operaciones y procesos unitarios es porque se agrupan entre sí para constituir los tratamientos primario, secundario y terciario.

TRATAMIENTOS PRELIMINARES

Aunque no reflejan un proceso en sí, sirven para aumentar la efectividad de los tratamientos primarios, secundarios y terciarios. Las aguas residuales que fluyen desde los alcantarillados a las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR), son muy variables en su flujo y contienen gran cantidad de objetos, en muchos casos voluminosos y abrasivos, que por ningún motivo deben llegar a las diferentes unidades donde se realizan los tratamientos y deben ser removidos. Para esto son utilizados los tamices, las rejas, los microfiltros, etc.

Tamizado Rejas Microfiltración

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.

Sedimentación primaria Precipitación química – coagulación

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TRATAMIENTOS SECUNDARIOS

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 de estos dos ingredientes básicos microorganismos – materia orgánica biodegradable, 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.

Lodos activados Biodisco Lagunaje Filtro biológico

TRATAMIENTOS TERCIARIOS

El tratamiento terciario se emplea para separar la materia residual de los efluentes de procesos de tratamiento biológico, a fin de prevenir la contaminación de los cuerpos de agua receptores, o bien, obtener la calidad adecuada para el reusó, factor de importancia en la planeación de recursos hidráulicos donde el abastecimiento de agua potable es limitado.

Ósmosis Inversa Electrodiálisis Destilación Coagulación Adsorción Remoción por espuma

Filtración Extracción por solvente Intercambio iónico Oxidación química Precipitación Nitrificación – Denitrificación

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TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICASCOMPOSICIÓNAguas residuales domésticas o aguas negras: proceden de las heces y orina humanas, del aseo personal y de la cocina y de la limpieza de la casa. Suelen contener gran cantidad de materia orgánica y microorganismos, así como restos de jabones, detergentes, lejía y grasas. ETAPAS DEL TRATAMIENTOTRATAMIENTO PRELIMINAR

CRIBADO.-

Rejas o rejillas de barras metálicas paralelas e igualmente espaciadas.Su función es retener sólidos gruesos que floten o que se encuentren suspendidos en el aguaPueden ser de limpieza manual (gruesas) o de limpieza mecánica (finas).

DESARENADORESEstructuras destinadas a remover arenas y otros guijarros presentes en las aguas residualesLos desarenadores pueden ser rectangulares o circulares; de flujo horizontal o helicoidal; aireados o no; de limpieza manual o mecánicaTienen como función prevenir la abrasión de equipos mecánicos, evitar la sedimentación de arenas en tuberías, canales y tanques ubicados aguas abajo

HOMOGENIZACIÓN (IGUALACIÓN)Son tanques que sirven para regular o disminuir los efectos de la variación del flujo o de la concentración de las aguas residuales.Un tanque de igualación es un depósito de cualquier forma con capacidad suficiente para contener el flujo de agua que sobrepasa un determinado valor.El procedimiento de cálculo se basa en establecer un balance de masa a intervalos regulares de tiempo

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Estos tanques son indispensables en el tratamiento de las aguas residuales industriales y a veces se utilizan en las instalaciones municipales.

TRATAMIENTOS PRIMARIOSSEDIMENTACIÓNLa sedimentación es un proceso físico que aprovecha la diferencia de densidad y peso entre el líquido y las partículas suspendidasLos sólidos, más pesados que el agua, precipitan produciéndose su separación del líquidoLa sedimentación primaria aplica para partículas floculentas (con o sin coagulación previa) Los sedimentadores pueden ser circulares o rectangulares

FLOTACIÓNEs un proceso utilizado para la separación de partículas sólidas o líquidas en un medio líquidoLa separación se consigue por flotación simple o introduciendo burbujas muy finas de aire en la masa líquida para que arrastren las partículas suspendidas hacia la superficie (DAF)En el tratamiento de las aguas residuales se utiliza para remover aceites y grasas y también para aglutinar sólidos suspendidosLa flotación con aire se puede aplicar con o sin recirculación

TRATAMIENTOS SECUNDARIOSSISTEMAS DE BIOMASA EN SUSPENSIÓN –LODOS ACTIVADOSDesarrollado por Ardern y lockett en Inglaterra en 1914El nombre del proceso se deriva de la formación de una masa de ¨microorganismosactivos¨ capaz de estabilizar un desecho orgánico bajo condiciones aerobias

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El ambiente aerobio se logra mediante aireación difusa o mecánica en un tanque de aireaciónDespués de tratado el residuo en el tanque de aireación, la biomasa es separada en un sedimentador secundario. Parte de la misma se recircula al reactor

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DIAGRAMA BÁSICO DE UNA PLANTA CONVENCIONAL DE LODOS ACTIVADOS

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SISTEMAS DE BIOMASA ADHERIDA

En los sistemas de tratamiento con biomasa adherida los microorganismos se encuentran pegados a un medio de soporte que puede ser de plástico, piedra o cualquier otro material inerte.

Dependiendo de las condiciones ambientales que rodean el medio de soporte, los sistemas de biomasa adherida pueden ser aerobios o anaerobios.

TRATAMIENTO TERCIARIO

ÓSMOSIS INVERSA

Es una tecnología de membrana en la cual el solvente (agua) es transferido a través de una membrana densa diseñada para retener sales y solutos de bajo peso molecular.

La OI elimina prácticamente todas las sales y los solutos de bajo peso molecular.

Se considera una eliminación prácticamente total de las sales disueltas y total de los sólidos en suspensión.

Debido a esto, las membranas de OI son la elección cuando se necesita agua muy pura o de bebida, especialmente si la fuente es agua salobre o agua de mar.

ELECTRODIÁLISIS

La electrodiálisis separa las moléculas o iones en un campo eléctrico debido a la diferencia de carga y de velocidad de transporte a través de la membrana.

Las membranas tienen lugares cargados y poros bastante estrechos (1-2 nm).

En la célula de electrodiálisis se sitúa un cierto número de membranas de intercambio catiónico y aniónico entre un ánodo y un cátodo de forma que cuando se aplica la corriente eléctrica los iones con carga positiva migran a través de la membrana de intercambio catiónico y viceversa.

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ADSORCIÓN

La adsorción es un proceso donde un sólido se utiliza para eliminar una sustancia soluble del agua.

En este proceso el carbón activo es el sólido.

El carbón activo se produce específicamente para alcanzar una superficie interna muy grande (entre 500 - 1500 m2 /g).

Esta superficie interna grande hace que el carbón tenga una adsorción ideal.

El carbón activo viene en dos variaciones:

Carbón activado en polvo (PAC) y carbón activado granular (GAC).

EXTRACCIÓN POR SOLVENTE

El proceso de extracción por solventes (o extracción líquido-líquido) es una técnica de separación, la cual involucra transferencia de masa entre dos fases inmiscibles. El metal es transferido de una fase acuosa a una fase orgánica o viceversa. Este tipo de técnicas se aplica ampliamente en procesos metalúrgicos de cobre, debido a su bajo costo y reducido impacto ambiental.

Básicamente, el proceso de extracción por solventes se usa para purificar y concentrar metales. Solo se requiere que el metal específico sea transferido selectivamente desde una fase acuosa a una orgánica.

INTERCAMBIO IÓNICO

El intercambio iónico es un proceso donde un ion es sustituido o intercambiado por otro de la misma carga, este proceso es utilizado desde para la extracción de disolventes sólidos en el agua hasta para tratar la dureza de la misma, al reemplazar el calcio y el magnesio contenidos en el agua por otro ión , usualmente sodio.

Generalmente la capacidad de los materiales de intercambio iónico esta en el rango de 2 a 10 mequiv/gr o cerca de 15 a 1000 kg /m3 la regeneración es realizada usando de 80 a 160 kg de cloruro de sodio por metro cúbico de resina en una solución que puede ir del 5 al 20 % a una velocidad de flujo cercana a 40l/min m2.

Para ese tratamiento el agua debe estar esencialmente libre de turbidez y materia particular o la resina podría funcionar como un filtro y llegar a taparce. el otro consiste en el uso de membranas microporosas compuestas por acetato de celulosa con una capa con abertura microscópica que dejan pasar las moléculas de agua pero no la de los sólidos usando este método existen básicamente dos operaciones .

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OXIDACIÓN QUÍMICA

Es un procedimiento alterno a la adsorción en tratamiento de agua potable y sistemas de tratamiento de aguas residuales. Las moléculas orgánicas complejas con estructuras con detergente -fenólicos pueden ser oxidadas dentro de un simple compartimiento con oxidantes como ozono y cloro. La ventaja de este proceso incluye la eliminación de compuestos de amonio y la oxidación de substancias inorgánicas (fierro y manganeso) existe la desventaja de que el cloro puede formar aloformos con algunos compuestos orgánicos.

PRECIPITACIÓN

El tratamiento puede realizarse a través de varios procesos:

Hasta hace poco, el tratamiento convencional de efluentes de curtiembres aplicaba una primera etapa de tratamiento en la que se precipitaba la totalidad de los efluentes utilizando sales de hierro, En este proceso el sulfuro se precipita como sulfuro de hierro. Al mismo tiempo, se precipita el cromo y las proteínas. El agua que sale de la sedimentación queda clarificada, mientras que el DQO y el DBO5 se reducen en un 50 y 60%.

No obstante, este proceso genera una cantidad enorme de Iodos que son muy propensos a la putrefacción y están altamente contaminados por compuestos de cromo (unos 10 a 50 g por kg de materia seca), lo que significa que únicamente pueden depositarse en un relleno sanitario.

Además, la experiencia ha demostrado que no se puede lograr una deshidratación eficaz de estos Iodos, lo que, por lo tanto, encarece su eliminación y causa problemas en el lugar de la disposición.

Precisamente por las grandes cantidades de Iodos producidas y por problemas que generan, es que este proceso suele utilizarse cada vez menos hoy día.

NITRIFCACIÓN – DENITRIFICACIÓN

Son procesos llevados a cabo por determinados grupos de microorganismos bacterianos que se utilizan en aquellas plantas de tratamiento de aguas residuales, donde aparte de la eliminación de la materia orgánica se persigue la eliminación de nitrógeno.

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La eliminación de la materia nitrogenada es necesaria cuando el efluente de la E.D.A.R. va a ir bien a embalses o masas de agua utilizadas para captación de aguas potables, bien a las denominadas por ley como zonas sensibles.

EL PROCESO DE NITRIFICACIÓN:

La nitrificación es el proceso en el que el nitrógeno orgánico y amoniacal se oxida, transformándose primero en nitrito y, posteriormente en nitrato.

Estas reacciones las llevan a cabo bacterias muy especializadas, diferentes de aquellas que se encargan de degradar la materia orgánica del medio.

Este tipo de bacterias, se reproducen más lentamente y son muy sensibles a los cambios de su medio habitual.

A su vez, necesitan de un aporte de Oxígeno suplementario para que sean capaces de desarrollar las reacciones anteriormente mencionadas, de esta forma en las cubas de aireación de fangos activados necesitan de un nivel de oxígeno de al menos 2 mg/l.

EL PROCESO DE DESNITRIFICACIÓN:

La desnitrificación consiste en el paso de los nitratos a nitrógeno atmosférico, por la acción de un grupo de bacterias llamadas desnitrificantes. Dicha forma de nitrógeno tenderá a salir a la atmósfera, consiguiéndose así, la eliminación de nitrógeno en el agua.

Para que las bacterias desnitrificantes actúen, es necesario que el agua tenga bastante carga de materia orgánica, una fuente de nitratos elevada, con muy poco oxígeno libre y un pH situado entre 7 y 8.

El oxígeno asociado a los nitratos es la única fuente de oxígeno necesaria para llevar a cabo sus funciones vitales. De esta forma los niveles de oxígeno libre en el medio donde actúan deben de ser inferiores a los 0,2 mg/l.

El tiempo mínimo de contacto entre el agua y las bacterias desnitrificantes debe de ser suficiente para que se produzcan las reacciones deseadas, estimándose un tiempo mínimo de 1,5 horas a caudal medio.

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CONCLUSIONES

Si bien el tratamiento de aguas es un área tradicional de la Ingeniería Química, está siempre vigente. Las normativas ambientales estrictas, la presión social, y en muchos casos la escasez de agua de una región, obligan a incrementar cada vez más los niveles de tratamiento para efluentes industriales y municipales.

Los ingenieros en ejercicio disponen de un amplio conjunto de tecnologías para alcanzar las metas de tratamiento requeridas para cada aplicación particular. El estudio y conocimiento de estas tecnologías es fundamental para tomar decisiones acertadas en cada proceso.

BIBLIOGRAFÍA

Fabiola Martínez Navarro, TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES MEDIANTE ELECTROCOAGULACIÓN Y COAGULACIÓN CONVENCIONAL, I.S.B.N. Ediciones de la UCLM 978-84-8427-606-7

Tratamiento avanzado de aguas residuales industriales, Informe de vigilancia tecnológica

http://patentscope.wipo.int/ PRINCIPIOS DE QUIMICA, Loren G. Hepler, editorial REVERTE, 1968 Oficina de Patentes y Licencias, Universidad Politécnica de Catalunya