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Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico del Agua

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Se puede hablar de aguas residuales como aquellas que, debido al uso del hombre, representan un peligro y deben ser desechadas porque contienen gran cantidad de sustancias y/o microorganismos patógenos

Hasta hace relativamente poco tiempo, los vertidos de agua residual producidos por las poblaciones y la escasa industria existente podían ser asimilados por los cauces receptores mediante los procesos de autodepuración que tenían lugar en ellos.

En la actualidad, los vertidos producidos son de una importancia tal que, la capacidad de autodepuración del cauce receptor no es suficiente, deteriorándose de tal forma, que imposibilita la reutilización de dicha agua posteriormente

Además, las aguas residuales al verterlas en el cauce de un río provocan alteraciones en el equilibrio físico, químico y biológico del agua

Ahora bien, si este agua que se vierte ha sido previamente tratada o depurada, el deterioro que se produce será menor, y tanto menor cuanto más complejo haya sido el tratamiento



Existe, por tanto, un conjunto de procesos y operaciones unitarias encaminadas al tratamiento y depuración de las aguas residuales, tanto urbanas como industriales, antes de su vertido a un cauce receptor con el fin de evitar al máximo cualquier alteración del mismo

En este sentido, el conocimiento de la naturaleza de las aguas residuales es fundamental de cara al proyecto y explotación de infraestructuras para la recogida, tratamiento y evacuación de las mismas

Los términos "desechos brutos" o "agua residual bruta" se emplean para denominar el agua y los sólidos que entran en la planta de tratamiento

El agua residual que llega a una planta depuradora suele contener un 99,98% de agua y un 0,02% de sólidos

Las aguas residuales que se recogen de una comunidad provienen de distintas fuentes: domésticas, comerciales, agrícolas, industriales, agua de tormenta y agua del terreno



Las aguas residuales domésticas son las que se originan en las viviendas. Contienen sólidos fecales (residuos humanos) y residuos derivados de operaciones domésticas como lavar, comer, bañarse o fregar

Varían poco en su composición cualitativa y cuantitativa, suelen estar compuestas de: tierra, arena, residuos fecales, detergentes, grasas, restos alimenticios y desechos caseros

Los residuos fecales suelen estar compuestos de:

• Agua: 75-80%

El resto es residuo seco repartido de la siguiente forma: Lípidos e insaponificables (17%), Prótidos (34%), Cenizas (13%) y Materia Orgánica (31%)

Las aguas residuales comerciales provienen de pequeños negocios como lavanderías o restaurantes

Las aguas residuales agrícolas proceden de las labores agrícolas en las zonas rurales. Suelen formar parte, en numerosos lugares, de las aguas residuales urbanas, las cuales, son utilizadas para riego con o sin un tratamiento previo

Las aguas industriales provienen de los procesamientos que tienen lugar en las fábricas y establecimientos industriales. Su composición es muy variable dependiendo de la actividad industrial en cada caso

Por ejemplo, pueden generarse aguas residuales con cantidades excesivas de sustancias peligrosas, tales como metales pesados o compuestos venenosos a los que se denominan residuos tóxicos



Los residuos deficientes en nutrientes se generan habitualmente en industrias conserveras. Estas aguas residuales son dañinas para los microorganismos porque no contienen suficientes nutrientes como P o N, los cuales son esenciales para la vida de los microorganismos.

Las aguas residuales ricas en materia orgánica pueden pasar por la planta sen ser depuradas adecuadamente y provocar que se incumplan las regulaciones sobre la calidad del efluente de la planta. Los residuos de una lechería o una quesería, por ejemplo, son muy ricos en materia orgánica

Por tanto, estas aguas residuales tienen que ser procesadas con mucho cuidado porque pueden contener compuestos tóxicos, pueden ser deficientes en nutrientes, contener mucha materia orgánica, ser muy ácidas o básicas (pH extremo) o poseer otras sustancias o características que afecten negativamente al funcionamiento de la planta depuradora

Las aguas de tormenta y del terreno tienen procedencia atmosférica (lluvia, hielo y nieve) o del riego y limpieza de las calles, parques y lugares públicos

Por todo ello, y con el fin de realizar un tratamiento eficaz de las aguas residuales, es importante conocer sus características principales: físicas, químicas y biológicas



Los tipos de colectores se pueden clasificar atendiendo a la procedencia de las aguas a evacuar o en función del procedimiento de evacuación

En función de la procedencia y de la evacuación conjunta o no de las aguas domésticas, de lluvia, industriales puede establecerse una clasificación en sistemas unitarios, separativos, seudosepartivo, doblemente separativo y dual

Se denomina sistemas unitarios cuando las aguas residuales y pluviales se transportan en el mismo conducto. Es el sistema más utilizado por razones económicas y de mantenimiento, pero suele requerir grandes estructuras hidráulicas así como estructuras especiales

Se denomina sistemas separativos o sanitarios cuando las aguas residuales y pluviales se transportan en conductos diferentes e independientes. Tiene una clara ventaja en la uniformidad de caudal y concentración que entra en la planta depuradora, pero en cambio implica mayor inversión de construcción y mantenimiento

Se denomina sistemas seudoseparativos cuando la evacuación se realiza mediante conductos separados, pero dimensionando el de aguas residuales para poder absorber las aguas pluviales que provienen de los edificios. Este sistema se adopta cuando no este garantizada la separación de las aguas residuales de las pluviales por remodelación de la red, evitando así que los afluentes afloren a la calzada o que rebosen por las plantas bajas de los edificios

Se denomina sistemas doblemente separativo cuando las aguas residuales urbanas, las residuales industriales y las pluviales se transportan se transportan en conductos diferentes e independientes. Se adopta este sistema cuando los vertidos industriales de los polígonos presenten problemas para la depuración eficaz de las otras aguas residuales, depurándose estas a parte



Se denomina sistemas duales a aquellos en los que se diseña y dimensiona la calzada para el transporte de parte de las aguas pluviales, estableciéndose una dualidad de transporte por la superficie y subterráneo. Se utilizan en aquellas zonas donde la intensidad de las lluvias en corto espacio de tiempo, provocaría un sobrecosto de la instalación por un aumento en las secciones de la red

También podemos considerar sistemas mixtos en los que se utilicen combinaciones de los sistemas antes descritos. O los sistemas compuestos, que es una variante de los sistemas separativos, en los que por dispositivos adecuados, se recogen las primeras aguas pluviales fuertemente contaminadas conjuntamente con las aguas residuales para su posterior depuración.

Si consideramos las fuerzas que producen el movimiento de agua por la red de alcantarillado se pueden clasificar en: evacuación por gravedad, por elevación, a presión o circulación forzada y de vacío

En los sistemas de evacuación por gravedad el agua circula debido a la pendiente que tiene el colector. Estos sistemas pueden tener distintos trazados:

A) Canalización transversal a ríos de gran caudal. B) Canalización transversal con emisario C) Canalización longitudinal o por zonas. D) Canalización en abanico E) Canalización radial

Se utilizan sistemas de evacuación por elevación cuando debido a razones topográficas (zonas llanas, costas, etc.), o por tener que salvar un obstáculo sin poder construir un sifón hay que efectuar una elevación mecánica de las aguas. Generalmente suele haber sistemas mixtos en los que además de elevación interviene la gravedad como los de la figura

En los sistemas de evacuación a presión, el agua circula debido a introducción de una presión teniendo un tramo con la tubería en carga. El problema de estas instalaciones será la fuerte presión que tiene que soportar el sistema (uniones, pozos, etc.)



En los sistemas de evacuación a vacío el agua llega por gravedad hasta un eyector de vacío en el que se produce una depresión. Al producirse la aspiración el agua y gases de la tubería son arrastrados produciéndose una ola o pistón hidráulico que lo arrastra todo delante de sí

Los aspectos físicos dan una información muy clara de determinadas características del agua. Entre las características físicas más importantes se encuentran:

• Características organolépticas • Sólidos

Temperatura

La edad de un agua residual puede ser determinada cualitativamente en función de su color y olor. La importancia de ambos parámetros radica, sobre todo, en los efectos estéticos perjudiciales que pueden provocar sobre la sociedad, aunque también afectan negativamente sobre el medio receptor

El agua residual reciente normalmente es turbia, grisácea y huele a húmedo. Sin embargo, elevados tiempos de transporte a través de los colectores y las temperaturas templadas favorecen el desarrollo de condiciones anaerobias provocando un cambio en las características de las aguas

Si el agua residual es negra y huele mal cuando entra en la depuradora suele clasificarse como agua séptica. En esta situación dominan los proceso anaerobios (sin oxígeno) en los que se descompone la materia orgánica y se forman compuestos que dan lugar a olores desagradables (sulfuro de hidrógeno, metano, fenol, escatol, putrescina, cadaverina, ...).



Los sólidos de las aguas residuales constituyen, normalmente, menos de dos centésimas por cien del agua residual en peso. Eliminar esta pequeña cantidad de sólidos es el objetivo principal de la planta depuradora. Al conjunto de todos los sólidos se les denomina sólidos totales y pueden clasificarse a su vez según diversos criterios. Pueden dividirse, por ejemplo, en sólidos en suspensión y sólidos filtrables

Los sólidos en suspensión son aquellos que flotan en el agua. Incluyen partículas de gran tamaño tales como los sólidos fecales, papeles, maderas, restos de comida, basura y materiales similares. La mayoría de los sólidos en suspensión son orgánicos y son los que dan lugar al aumento de turbidez en las aguas receptoras. Pueden ser eliminados por métodos físicos o mecánicos, tales como dejando que se depositen o filtrándolos. Se pueden dividir a su vez en sedimentables y no sedimentables

El otro gran grupo de sólidos son los sólidos filtrables. La fracción filtrable de los sólidos corresponde a los sólidos disueltos y a los sólidos coloidales. Los sólidos disueltos están compuestos por moléculas orgánicas e inorgánicas junto con iones en disolución en el agua. Por ejemplo, cuando se mezcla azúcar con agua caliente, el azúcar se disuelve en el agua. El azúcar es ahora un sólido disuelto

Los sólidos coloidales son partículas extremadamente pequeñas que no sedimentan por métodos convencionales. Para sedimentar tienen que ser agrupados en partículas mayores (coagulación). En ocasiones, también se eliminan por filtración o por oxidación biológica

Cada una de estas categorías comentadas hasta ahora puede dividirse, a su vez, en sólidos orgánicos e inorgánicos. Los sólidos orgánicos son los residuos de las formas de vida vegetales y animales. Estos sólidos son degradables (se pueden descomponer).



Los sólidos inorgánicos, por el contrario, normalmente no se degradan. Entre ellos están materiales como arena, grava, sedimentos y sales. La fracción de los sólidos inorgánicos disueltos normalmente no se elimina en el proceso de depuración de las aguas residuales

Ambas formas se pueden determinar fácilmente en función de su volatilidad a 600 ºC. A esta temperatura la fracción orgánica se oxidará y desaparecerá en forma de gas, quedando la fracción inorgánica en forma de cenizas. De ahí que se empleen los términos sólidos volátiles y sólidos fijos para hacer referencia, respectivamente, a compuestos orgánicos e inorgánicos de los sólidos.

La eliminación de los sólidos resulta de gran importancia para evitar posibles efectos negativos que pudiesen causar sobre el medio receptor. Entre otros podemos destacar: disminución del paso de la energía solar, aumento del color, variación de la solubilidad del oxígeno, depósitos sobre branquias de los peces, depósitos sobre el fondo del cauce receptor favoreciendo la aparición de condiciones anaerobias, ...

La turbidez se refiere a la cantidad de materia coloidal y en suspensión que hay en las aguas residuales (limo, materia orgánica y microorganismos). Como medida de las propiedades de transmisión de la luz de un agua, es otro parámetro que se emplea para indicar la calidad de las aguas vertidas o de las aguas naturales

La medición se lleva a cabo mediante la comparación entre la intensidad de la luz dispersada en la muestra y la registrada en una suspensión de referencia en las mismas condiciones. Esta turbidez, en las masas receptoras, afecta a la penetración de la luz, lo que redundaría en una menor productividad primaria

La temperatura de un agua residual suele ser siempre más elevada que la del agua de suministro, hecho principalmente debido a la incorporación de agua caliente procedente del uso doméstico y de los diferentes usos industriales. Sus valores oscilan entre 10 y 21 ºC, siendo 15 ºC un valor medio normal. Esta elevada temperatura trae como consecuencia una influencia negativa sobre las aguas receptoras en diferentes aspectos:



Al aumentar la temperatura se incrementa la velocidad de las reacciones químicas y biológicas. En general, en los procesos metabólicos al aumentar la temperatura 10 ºC se incrementa de 2 a 3 veces la demanda de oxígeno. Además, la solubilidad del oxígeno en agua disminuye con la temperatura, lo cual, unido al aumento de su demanda en las reacciones químicas y biológicas puede conducir en la época estival al agotamiento del oxígeno disuelto en agua.

Los aspectos químicos resultan también de gran importancia en la caracterización de las aguas residuales. Dentro de estos se pueden distinguir: orgánicos (materia orgánica), inorgánicos (pH, nitrógeno, fósforo, elementos tóxicos, ...) y gaseosos (metano, sulfuro de hidrógeno, anhídrido carbónico, ...)

La materia orgánica constituye una tercera parte de los elementos de las aguas residuales. Son sólidos que provienen de los reinos animal y vegetal, así como de las actividades humanas relacionadas con la síntesis de compuestos orgánicos. Los principales grupos de sustancias orgánicas presentes en el agua residual son: Proteínas (40-60%), Hidratos de carbono (25-50%) y Grasas y aceites (10%); formados todos ellos por combinaciones de C, H y O, y con la presencia en determinados casos de N y otros elementos como S, P o Fe

Aparte de los tres grupos de sustancias orgánicas ya citadas, el agua residual contiene pequeñas cantidades de un gran número de moléculas orgánicas sintéticas de estructura variables como son: agentes tensioactivos, pesticidas, compuestos orgánicos volátiles, ... Otro constituyente orgánico de importancia en las aguas residuales debido a su gran aporte de nitrógeno es la urea. No obstante, y debido a la velocidad del proceso de descomposición de la misma, solo está presente en esta forma en las aguas residuales muy recientes.



Las proteínas son los principales componentes del organismo animal, mientras que su presencia es menos relevante en el caso de organismos vegetales. La existencia de grandes cantidades de proteínas en un agua residual puede ser origen de olores desagradables debido a los procesos de descomposición, como ya ha sido comentado anteriormente

Los hidratos de carbono están ampliamente distribuidos por la naturaleza, incluyendo azúcares, almidones, celulosa y fibras de madera. La celulosa es el hidrato de carbono cuya presencia en el agua residual es más importante

Las grasas y aceites pueden tener diversa procedencia: animal, vegetal o mineral. De estos últimos, destacan por su importancia los derivados del petróleo. La característica principal de estas es que, además de ensuciar las instalaciones de tratamiento, pequeñas cantidades en el cauce receptor ocupan grandes superficies debido a la tensión superficial de muchas de ellas. Además, interfieren enormemente en la actividad biológica impidiendo la transferencia de oxígeno desde la atmósfera a la masa del líquido, debido a la baja solubilidad del oxígeno en los aceites y las grasas. Por último, la luz incidente sobre la superficie también es menor

Los agentes tensioactivos están formados por moléculas de gran tamaño, ligeramente solubles en agua y son los responsables de la aparición de espumas en las plantas de tratamiento. En las aguas residuales urbanas la espumación es debida a la presencia de detergentes y proteínas. En aguas de procedencia industrial se debe a tensioactivos, partículas sólidas muy finas, ...

Existen diferentes ensayos para la determinación del contenido orgánico de las aguas residuales: Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), Demanda Química de Oxígeno (DQO), Carbono Orgánico Total (COT), Demanda Total de Oxígeno (DTO) y Demanda Teórica de Oxígeno (DTeO)



La Demanda Bioquímica de Oxígeno es una medida indirecta de la cantidad de materia orgánica del agua residual. Representa la cantidad de oxígeno disuelto que consumen los microorganismos para la degradación de la materia orgánica biodegradable existente en el agua residual

La biodegradabilidad es la característica de determinados compuestos para poder ser utilizados por microorganismos como fuente de alimentación (como sustrato en procesos de oxidación para obtener energía o en procesos de síntesis de nuevos compuestos).

La DBO se determina midiendo el oxígeno consumido por los microorganismos en una muestra de agua residual durante un periodo de 5 días y a una temperatura constante de 20 ºC. Los ensayos de DBO son importantes porque permiten:

• Determinar la cantidad aproximada de oxígeno que se requerirá para estabilizar biológicamente la materia orgánica presente.

• Dimensionar las instalaciones de tratamiento. • Medir la eficacia de algunos procesos. • Controlar el cumplimiento de las

limitaciones a las que están sujetos los vertidos.

Dos variaciones importantes del test de la DBO son la demanda bioquímica de oxígeno de elementos carbonados (CDBO) y la demanda bioquímica de oxígeno soluble (SDBO). La CDBO es importante en aguas residuales sujetas a nitrificación. En este caso la CDBO mide solo la parte de la DBO que utilizan los microorganismos nitrificantes. La SDBO mide la DBO de la parte soluble de la muestra. Esta medida es importante para los reactores de microorganismos inmovilizados tales como filtros de goteo o los contactores biológicos rotativos.

La Demanda Química de Oxígeno se trata de otra medida indirecta del contenido de materia orgánica presente en un agua residual. Es la cantidad de oxígeno que se precisa para la oxidación de la materia orgánica por medio de reactivos químicos oxidantes como el dicromato potásico que es empleado en las aguas residuales. Este parámetro no puede ser menor que la DBO ya que siempre es



mayor la cantidad de sustancias oxidables por vía química que por vía biológica

Dentro de los compuestos químicos inorgánicos el pH es un aspecto de gran importancia para determinar la calidad de un agua residual. Esto es debido fundamentalmente a que el rango en el cual se desarrollan los procesos biológicos corresponde a un intervalo estrecho y crítico (6,5-8,5)

Las aguas residuales urbanas generalmente son ligeramente alcalinas (7,5-8,0). En las aguas procedentes de industrias el pH estará en función de los productos fabricados, materias primas, ... Por tanto, el agua residual con un pH inadecuado presenta dificultades de tratamiento durante los procesos biológicos.

El nitrógeno es un elemento importante en las aguas residuales ya que es necesario para el crecimiento de los microorganismos. Si el agua residual no contiene suficiente nitrógeno pueden ocurrir problemas por deficiencia de nutrientes durante el tratamiento secundario. Pero también el nitrógeno es un contribuyente especial para el agotamiento del oxígeno y la eutrofización de las aguas cuando se encuentra en elevadas concentraciones

En las aguas residuales el nitrógeno se encuentra en 4 formas básicas: nitrógeno orgánico, amonio, nitrito y nitrato. Si las aguas residuales son frescas, el nitrógeno se encuentra en forma de urea y compuestos proteínicos, pasando posteriormente a forma amoniacal por descomposición bacteriana

A medida que el agua se estabiliza, por oxidación bacteriana en medio aerobio se generan nitritos y posteriormente nitratos. El predominio de la forma de nitrato en un agua residual es un fiel indicador de que el residuo se ha estabilizado con respecto a la demanda de oxígeno. El nitrógeno total es la suma del nitrógeno orgánico, amonio, nitrito y nitrato. El agua residual doméstica suele contener 20-50 mg/L



de nitrógeno total y 12-40 mg/L de amonio

Otro componente del agua residual importante para los microorganismos es el fósforo. El fósforo, como el nitrógeno, es un elemento esencial para el crecimiento biológico. En el agua residual el fósforo se encuentra en 3 formas: ortofosfatos solubles, polifosfatos inorgánicos y fosfatos orgánicos. El ortofosfato es la forma más fácilmente asimilable por los microorganismos y se utiliza como un parámetro de control en los procesos biológicos de eliminación de fósforo

Los operadores de la planta de tratamiento miden, a menudo, el fósforo total del influente y efluente de la planta. El fósforo total es la suma de los compuestos de las tres formas de fósforo. Las aguas residuales domésticas tienen una concentración de fósforo total de aproximadamente 5-15 mg/L. Es importante reseñar que la descarga tanto de fósforo como de nitrógeno debe ser controlada porque puede provocar un crecimiento excesivo de algas en las aguas receptoras

El crecimiento excesivo de algas en las aguas receptoras causa una disminución del oxígeno disuelto y, a largo plazo, serios problemas de contaminación. Es por ello que se esté prestando en la actualidad un interés creciente en controlar la cantidad de P que entra a formar parte de las aguas residuales, especialmente como componente de los detergentes

Existen otros aspectos químicos inorgánicos que también son importantes a tener en cuenta: alcalinidad, cloruros, azufre, compuestos tóxicos inorgánicos, ...

La alcalinidad de un agua residual viene dada por la presencia de hidróxidos , carbonatos y bicarbonatos de elementos como Calcio, Magnesio, Sodio, Potasio o Amoniaco. El agua residual suele tener un cierto grado de alcalinidad, cuyo origen es el agua de suministro y el aporte de sustancias de usos domésticos



Otra característica importante es la concentración de cloruros, los cuales pueden tener diversas procedencias naturales: infiltración de aguas marinas, disolución de suelos y rocas que los contengan, ... Aunque la fuente más importante de cloruros es la descarga de aguas residuales domésticas, agrícolas e industriales a aguas superficiales. Las heces humanas, por ejemplo, suponen unos 6 gramos de cloruros por persona y día.

El azufre es un elemento requerido para la síntesis de proteínas y se libera cuando estas se descomponen. Prácticamente todos los microorganismos pueden utilizar el sulfato como fuente de azufre. Las bacterias pueden realizar la reducción de sulfatos a sulfuros y a sulfuros de hidrógeno en condiciones anaerobias

Además, determinados compuestos químicos presentan un cierto grado de toxicidad para los organismos y microorganismos (cromo, plata, plomo, arsénico, cobre, boro, ...) y por ello, son de gran importancia en cuanto al vertido y tratamiento. Su efecto sobre las masas de aguas receptoras y sobre plantas de tratamiento biológico puede ser muy perjudicial

Los gases más frecuentes en la composición de las aguas residuales son: nitrógeno, oxígeno, anhídrido carbónico, sulfuro de hidrógeno, amoniaco y metano. Dentro de estos gases, los de mayor interés son el oxígeno disuelto, sulfuro de hidrógeno y metano.

El oxígeno disuelto es necesario para la respiración de los organismos aerobios así como para otras formas de vida, evitando el desarrollo de procesos anaerobios que provocan malos olores en las plantas. Sin embargo, el oxígeno es solo ligeramente soluble en agua y debido a que la velocidad de las reacciones bioquímicas que consumen oxígeno aumenta con la temperatura, los niveles de oxígeno disuelto van a ser más críticos en épocas estivales

El sulfuro de hidrógeno se forma durante el proceso de descomposición de la materia orgánica que contiene azufre, o por reducción de sulfatos y sulfitos minerales. Se trata de un gas incoloro, inflamable, con un olor típicamente característico que recuerda a huevos podridos



El metano es el principal subproducto de la degradación, en ausencia de oxígeno disuelto, de la materia orgánica de las aguas residuales. Es un hidrocarburo incoloro, inodoro y de gran valor como combustible. Es necesario tener precaución ante el peligro que supone su alta combustibilidad, aunque no suele encontrarse en niveles altos debido a que cantidades muy pequeñas de oxígeno impiden su formación

Las aguas residuales dependiendo de su composición y concentración pueden llevar en su seno gran cantidad de organismos. También influyen en su presencia la temperatura y el pH, puesto que cada organismo requiere unos valores determinados de estos parámetros para desarrollarse. Los principales grupos de organismos que se pueden encontrar en las aguas residuales son: Bacterias, Virus, Algas, Protozoos, Hongos, Plantas y Animales

El papel que desempeñan las bacterias en los procesos de descomposición y estabilización de la materia orgánica, tanto en el marco natural como en las plantas de tratamiento de aguas residuales, es amplio y de gran importancia

Las bacterias presentes en el agua residual pueden ser de origen fecal o implicadas en el proceso de biodegradación. En las aguas residuales brutas predominan especies pertenecientes a grupos como: Escherichia, Salmonella, Pseudomonas, Aeromonas, Serratia, Nocardia, ...Spirochaeta sp. es un ejemplo de bacteria presente en las aguas residuales. Se trata de una bacteria con forma de filamento, enrollada en hélice sobre si misma. Habita en medios donde abunda la materia orgánica disuelta



Las bacterias coliformes, por otro lado, se utilizan como indicadores de polución por vertidos de origen humano, ya que cada persona elimina diariamente de 100.000 - 400.000 millones de coliformes a través de las heces, además de otras clases de bacterias

La presencia de las algas en las aguas residuales es muy importante, ya que contribuyen, con las bacterias, a la estabilización de la materia orgánica presente en las aguas residuales, utilizándola como fuente de carbono. Además, su crecimiento se ve favorecido por la presencia en las aguas residuales de distintas formas de nitrógeno y fósforo.

Sin embargo, las algas pueden representar grandes inconvenientes en las aguas superficiales ya que pueden reproducirse rápidamente cuando las condiciones son favorables, provocando su recubrimiento por colonias flotantes y dando lugar a procesos de eutrofización. Estos fenómenos de eutrofización están producidos por algas de géneros como: Anabaena, Spyrogira, Euglena, Enteromorpha, Cladophora, Chlorella, Anacystis, ... Chaetophora elegans es un ejemplo de alga que está presente en las aguas eutrofizadas. Es un alga verde, con cloroplastos bien definidos y que forma ramificaciones

Son microorganismos eucariotas cuya estructura está formada por una sola célula. Los protozoos que se encuentran más frecuentemente en las aguas residuales son: amebas, flagelados, y ciliados libres, fijos y reptantes. Juegan un papel muy importante en los procesos de tratamiento biológico, especialmente en los filtros percoladores y fangos activados

También en la purificación de los cursos de agua, ya que son capaces de mantener el equilibrio natural entre los distintos tipos de microorganismos; pueden eliminar las bacterias suspendidas en el agua, evitando la producción de efluentes con turbidez. Aquí se muestra la especie Paramecium caudatum, protozoo ciliado con una forma característica. Se alimenta de bacterias y habita en aguas con elevada carga nutritiva



Los hongos son organismos eucariota, multicelulares, aerobios y no fotosintéticos. Muchos de ellos son saprofitos, basan su alimentación en la materia orgánica muerta. Junto con las bacterias, los hongos son los principales responsables de la descomposición del carbono en la biosfera.

Desde el punto de vista ecológico, los hongos presentan ciertas ventajas sobre las bacterias: pueden crecer y desarrollarse en zonas de poca humedad y en ambientes de pH bajo. Sin la colaboración de los hongos en los procesos de degradación de la materia orgánica el ciclo del carbono se interrumpiría en poco tiempo y la materia orgánica empezaría a acumularse

Los virus son partículas parásitas de células de otros organismos, formadas por un cordón de material genético y una capa proteínica que los recubre. Utilizan las células del cuerpo vivo que los acoge para la producción de nuevas partículas virales. Su presencia en las aguas residuales es debida a la excreción por parte de individuos infectados, ya sean humanos o animales. Por tanto, pueden representar un importante peligro para la salud pública

Poseen la capacidad de adsorberse a sólidos fecales y otras materias, favoreciendo de esta forma su supervivencia durante tiempos prolongados en las aguas residuales. Además, y debido a su gran supervivencia, son resistentes a algunos tratamientos del agua residual, constituyendo un peligro para las aguas receptoras. Algunos quedan en el efluente, siendo un peligro para la salud. Aunque el mayor riesgo lo constituyen aquellos que quedan en el fango en grandes cantidades, sobre todo si este fango se utiliza como fertilizante sin tratamientos previos

Las diferentes plantas y animales que tienen importancia en las aguas residuales tienen tamaños muy variados. El conocimiento de estos organismos resulta útil al determinar la toxicidad de las aguas residuales evacuadas al medio ambiente.



Además, son importantes a la hora de determinar la efectividad de la vida biológica empleada en los tratamientos secundarios para destruir los residuos orgánicos. Desde el punto de vista de la salud pública, existen ciertos gusanos que merecen especial atención y preocupación como son algunas especies de nematodos, trematodos y cestodos

Los métodos de tratamiento de las aguas residuales surgieron ante la necesidad de velar por la salud pública y evitar efectos nocivos provocados por la descarga de esta agua al medio ambiente

Parece evidente que el diseño de las instalaciones de depuración se realizará en función del origen y características de las aguas residuales objeto de tratamiento, con el fin último de cumplir la legislación vigente y las normas reguladoras de la calidad de las aguas

Además, es necesario indicar que la elección entre diferentes alternativas posibles tiene que tener en cuenta también aspectos como ubicación, superficie requerida, costes de inversión y explotación, consideraciones de tipo local,...

Se puede decir que el gran problema reside en la selección de la mejor combinación de procesos de tratamiento entre las distintas alternativas y su posterior aplicación a gran escala



La metodología adecuada para la realización de un plan de depuración puede resumirse en los siguientes puntos:

Análisis de la situación existente, en todo lo que hace referencia al estado de las redes, puntos de vertido, origen y naturaleza de los mismos y evolución de los estados contaminantes de los cauces fluviales

Previsión de la situación en que la zona contemplada se encontraría de no realizarse depuración

Establecimiento de los objetivos de calidad, razonablemente alcanzables y necesarios

Propuesta y estudio de las soluciones técnicas necesarias para permitir alcanzar los objetivos propuestos

Comparación técnica y económica de las diferentes alternativas estudiadas, estableciendo planes de financiación adecuados, tanto para la construcción como para el mantenimiento y explotación



Selección de la mejor combinación de procesos, garantizar la realización y explotación del sistema para alcanzar los objetivos perseguidos

Los contaminantes presentes en el agua residual pueden eliminarse con procesos químicos, físicos y/o biológicos

Los métodos individuales que componen las operaciones y procesos unitarios suelen clasificarse en: Operaciones de Separación Física, Procesos Químicos y Procesos Biológicos

Las Operaciones de Separación Física son métodos de tratamiento en los que predomina la acción de las fuerzas físicas

Estos, han sido los primeros en ser aplicados al tratamiento de las aguas residuales ya que la mayoría de estos métodos han evolucionado directamente a partir de las primeras observaciones de la naturaleza por el hombre

Como operaciones físicas típicas podemos destacar: desbaste, flotación, mezclado, floculación, sedimentación, transferencia de gases, filtración,...



Los Procesos Químicos son métodos de tratamiento en los cuales la eliminación o conversión de los contaminantes se consigue con la adición de productos químicos o gracias al desarrollo de ciertas reacciones químicas

Fenómenos como la precipitación, adsorción y la desinfección son ejemplos de procesos químicos de aplicación en el tratamiento de las aguas residuales

Los procesos de tratamiento en los que la eliminación de los contaminantes se lleva a cabo gracias a la actividad biológica se conocen como Procesos Biológicos

La principal aplicación de los procesos biológicos es la eliminación de las sustancias orgánicas biodegradables presentes en el agua residual, las cuales, se convierten básicamente en gases, que se liberan a la atmósfera, y en tejido celular biológico, eliminable por sedimentación

Se distinguen dos grandes grupos de procesos biológicos: Aerobios (Fangos Activos, Lechos Bacterianos, Lagunaje,...) y Anaerobios (Digestión anaerobia de fangos)

Dentro de un esquema general básico de una EDAR deben distinguirse dos líneas de tratamiento, la Línea de Agua y la Línea de Fango



En la Línea de Agua se incluyen aquellos procesos que permiten eliminar o reducir los elementos contaminantes de los vertidos objeto de tratamiento. Se pueden distinguir las siguientes fases: Pretratamiento, Tratamiento Primario, Tratamiento Secundario y Tratamiento Terciario

Los Pretratamientos comprenden el conjunto de elementos estáticos o dinámicos mediante los cuales se eliminan las materias groseras (materias flotantes, arenas, grasas,...) que debido a su naturaleza o tamaño pueden originar problemas en los tratamientos posteriores

Las operaciones que comprenden los pretratamientos son: Aliviadero de agua en exceso, Desbaste, Tamizado, Desarenado y Desengrasado

Los Tratamientos Primarios tienen como misión fundamental la separación por medios físicos de las partículas en suspensión no retenidas en el pretratamiento, siendo poco efectivo en la eliminación de la materia orgánica

Dentro de estos se incluye la Sedimentación primaria, Flotación, Coagulación-Floculación, Neutralización y Homogeneización

El objetivo que persiguen los Tratamientos Biológicos es la eliminación o reducción de la contaminación orgánica por acción de microorganismos, transformándola en sólidos sedimentables que pueden separarse fácilmente

El tratamiento biológico aerobio puede llevarse a cabo por diferentes procesos: Fangos activos, Lechos bacterianos, Filtros biológicos, Lagunaje,...



Los Tratamientos Terciarios son tratamientos complementarios o avanzados que permiten obtener mejores rendimientos en la eliminación de DBO y materia en suspensión, así como reducir otros contaminantes como nutrientes y metales que no se eliminan con los tratamientos biológicos convencionales

Se emplean cuando se han definido objetivos en los cauces receptores que exigen una excelente calidad del agua, para evitar problemas de eutrofización o simplemente para hacer frente a cargas excepcionales. Entre los tratamientos avanzados podemos destacar: Eliminación de nutrientes (N y P), Eliminación de compuestos nitrogenados, Tratamientos fisicoquímicos,...

La Línea de Fango se concibe para tratar los subproductos originados a lo largo de la Línea de Agua para que puedan ser evacuados bajo condiciones óptimas

La Línea de Fango tiene que incluir esencialmente las siguientes fases:

• Reducción de volumen para evitar el manejo de grandes cantidades de fango.

• Estabilización de los mismos para evitar problemas de fermentación y otros riesgos.

Consecución de una textura adecuada para que resulte manejable y fácilmente transportable

Todas estas fases de tratamiento y eliminación de los fangos implican una serie de etapas, como son: Espesamiento, Estabilización, Acondicionamiento, Deshidratación y Evacuación final



La estimación de la población futura es uno de los parámetros fundamentales que se debe determinar a la hora de dimensionar una planta, porque nos ayuda a conocer la aportación de agua que tendrá la planta durante el periodo para el cual se planifica

La vida útil de la instalación se fija generalmente entre 15 y 25 años, llegándose en ocasiones a 50 años.

La predicción de la evolución de la población es muy compleja porque depende de diversos factores: económicos, sociales, industriales, políticos, etc. Así la inmigración, el turismo o la industrialización son hechos que producen en determinadas ciudades variaciones de población explosivas

El pronostico del ritmo de crecimiento se debe aplicar a cada población en particular estudiando sus características socia les, culturales y económicas en el pasado y en el presente, y hacer predicciones de su futuro desarrollo industrial, turístico y comercial

En las ciudades donde la población no es estable (zonas turísticas) se debe considerar la duración de la temporada alta, así como los datos de las dos poblaciones (estable y estacional)



Otro factor de gran importancia es la industria y las explotaciones ganaderas. En caso de vertidos industriales o ganaderos debe comprender una cifra (habitantes-equivalentes) que represente el poder contaminante de este vertido y que se sumara al dato de población

La base de cualquier tipo de proyección de la población son los censos. En España se dispone de censos actualizados de población en el Instituto Nacional de Estadística (INE) cuya página web es: www.ine.es

En este capítulo se presentan varios de los modelos de cálculo de la población cuya utilización es la más generalizada. En muchas ocasiones la comparación de los distintos métodos nos da una idea, dentro de la limitación, de la evolución de la población.

Este método se basa en la semejanza de la población de estudio con otras tres poblaciones del país de similares características que ya hayan pasado por su estado de evolución demográfica

El método supone que la población en cuestión tendrá una tendencia de crecimiento similar al promedio de crecimiento de las otras tres, después de que se haya sobrepasado el límite de la población base (último censo de la población estudiada)

Las ciudades a adoptar, a ser posible, serán de la misma región, similar en desarrollo, clima y tamaño en tiempos anteriores a la población en estudio. No se considerarán aquellas ciudades que no sean representativas del crecimiento de la región donde se encuentra la población de estudio



Se dibuja en un gráfico la evolución de las distintas poblaciones, y se desplazan paralelamente hasta el último censo de la población en estudio cada una de las curvas de crecimiento que sobrepasen a esta población. Se prolongarán estas curvas, en caso necesario, hasta el año correspondiente al final del periodo de diseño

Por último, se adopta como población de la ciudad de estudio el promedio de los valores de población de las 3 curvas desplazadas y prolongadas, para cada uno de los años de interés

Esta estimación de la población es muy utilizada para períodos de tiempos largos, ya que permite ver la tendencia de crecimiento de las poblaciones y comparar con otros métodos de proyección

El modelo aritmético o de crecimiento lineal consiste en considerar que el aumento de la población es constante e independiente del tamaño de ésta

Este tipo de crecimiento solo es valido para cortos espacios de tiempo y rara vez se da el caso de una población que presenta este tipo de crecimiento

El modelo de crecimiento logarítmico consiste en considerar que el aumento de la población es proporcional al tamaño de ésta



Se aplica la formula considerando los censos de población en pequeños intervalos de tiempo a fin de comprobar la tendencia del ritmo de crecimiento

El modelo geométrico consiste en considerar que a iguales periodos de tiempo el mismo porcentaje de incremento de la población, es decir, un crecimiento de la población de tipo exponencial. Para el calculo de este incremento se utiliza la formula del interés compuesto

El cálculo del incremento de crecimiento requiere el conocimiento de al menos tres censos en espacios de tiempo relativamente cortos, a fín de obtener un valor promedio de esta tasa.

Cuando se desarrolla la proyección de la población se suelen utilizar estos tres métodos conjuntamente, ya que casi ninguna población se suele ajustar específicamente a alguno de estos métodos. Se comparan y se descarta aquel que no corresponda al ritmo de crecimiento, utilizándose como población definitiva el promedio de los otros dos

En el caso de disponer de muchos valores históricos de población se pueden ajustar a una ecuación de regresión para una representación lineal, exponencial, potencial o logarítmica. Esto permitirá dar una idea del tipo de crecimiento, así como interpolar datos para conocer las poblaciones futuras

En las ecuaciones anteriores los coeficientes de regresión a y b se pueden calcular resolviendo el sistema de ecuaciones de la figura teniendo en cuenta la relación de variables de la tabla para las distintas regresiones estadísticas

El coeficiente de correlación para el ajuste seleccionado nos indicará el grado aproximación de los datos a la ecuación teórica elegida. Por lo general los ajustes lineal y logarítmico rara vez representan la tendencia de crecimiento de una comunidad y el ajuste exponencial generalmente da mayores coeficientes de correlación



En la realidad, la experiencia demuestra que los modelos vistos anteriormente no se ajustan para períodos de tiempo largos, sino que el modelo de crecimiento de la población es una síntesis de los anteriores

Así, las poblaciones con espacio y oportunidad económica limitados presentan un crecimiento vegetativo, cuya curva de crecimiento asintótica tiene forma de S

El crecimiento de la población presenta 4 etapas: 1.- Crecimiento temprano con índice creciente 2.- Crecimiento intermedio con índice constante 3.- Crecimiento tardío con índice decreciente 4.- Crecimiento nulo, valor de saturación

La primera etapa correspondería a un crecimiento de tipo geométrico pasando posteriormente a un crecimiento de valor constante de tipo aritmético

La población no se mantiene a largo plazo sino que decrece, llegándose a un valor de crecimiento nulo conocido como población de saturación

La ecuación de decrecimiento de la población solamente se puede usar para períodos cortos de tiempo en intervalos cercanos al valor de saturación



La denominada ecuación de Pearl es la formula que corresponde a esta curva asintótica denominada curva logística

Para el calculo de las constantes de esta ecuación se toman 3 poblaciones a tres tiempos diferentes tomándose como P2 la población del último censo

La ecuación de Pearl suele dar buenos resultados pero depende de los factores económicos, así una alteración del ciclo de crecimiento producido, por ejemplo, por la instalación de un gran complejo industrial, llevaría a resultados seguramente falsos

Por último, hay que mencionar que si el período precedente a la fecha de proyecto no supera los 25 años, los resultados de los distintos métodos suelen ser bastante concordantes. Y puesto que un margen razonable en exceso no da lugar a grandes diferencias de gastos, se suele adoptar el método más expeditivo sin temor a incurrir en errores apreciables

Siguiendo las recomendaciones para la redacción de proyectos de Abastecimiento y Saneamiento (MOPU), se empleará la formula del interés compuesto, siendo la tasa de crecimiento anual media



Para calcular (tasa de crecimiento anual medio) se tomaran como base las poblaciones del último censo realizado y las de los censos de 10 y 20 años antes, y se calcularan las tasas de crecimiento anual acumulativo correspondientes a los intervalos entre cada uno de los censos y el último realizado

Se recomienda que el incremento de la población no sea superior a 0,012 (1,2 % de Tasa de crecimiento anual) aunque a veces se puede considerar como valido un valor de 0,02 (2 % Tasa crecimiento anual)

El crecimiento deberá comprobarse que no hay grandes diferencias entre las distintas tasas de crecimiento de los datos de los censos correspondientes al momento del estudio

La Norma tecnológica de la edificación NTE-ISD/1974, establece el cálculo de la población para las instalaciones de depuración y vertido de aguas residuales, procedentes de la red de evacuación cuando la dotación de agua es menor de 350 l/habitante-día y la Población censada menor de 10000 habitantes

La población (P) será igual al producto del número de habitantes de cada uso, existente en la zona vertiente, por un coeficiente (a) que corresponden a los usos de las plazas en edificios de uso público

Las plazas en edificios de guardería , enseñanza y hospitales se contarán aunque sus usuarios se hayan incluido en el uso residencial

El número de habitantes a considerar, para el cálculo de la población P de diseño, será el correspondiente a la máxima población estacional de la zona más el correspondiente valor de población de cada uno de los usos



Al crecimiento de la población futura obtenido con los modelos anteriores, que corresponden a las poblaciones de derecho, se le debe sumar en el caso de vertidos industriales o ganaderos un número de habitantes que represente el poder contaminante de este vertido

Surge así el termino de habitante equivalente, concepto útil para calcular la capacidad particular de una depuradora, destinada a un uso civil o industrial, en términos homogéneos y comparables. La equivalencia se puede referir a la carga hidráulica, a la carga de sólidos en suspensión, o normalmente y éste es el caso más frecuente a la carga orgánica expresada como DBO5

La Directiva 91/271/CEE, del Consejo, de 21 de mayo, sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas establece las medidas necesarias que adoptarán los Estados miembros para garantizar que dichas aguas son tratadas correctamente antes de su vertido. El principal criterio que utiliza esta Directiva para fijar estas obligaciones son el número de habitantes-equivalentes

En dicha directiva se establece que 1 h-e (habitante equivalente) tiene una carga orgánica biodegradable con una demanda bioquímica de oxígeno de cinco días (DBO5) equivalente 60 gramos de oxígeno por día

Teniendo en cuenta esta premisa, el vertido de una vaca expresado en DBO5 , aproximadamente de 250 gramos de oxígeno por día, son unos 4 habitantes equivalentes. De igual manera se pude calcular para todo el ganado estabulado su equivalencia



Igualmente una plaza de Hospital equivale a 4 habitantes equivalente, una guardería 0,5 estableciéndose el número de habitantes equivalentes correspondientes a un vertido de tipo industrial

El concepto de habitante equivalente, se traspone al Real Decreto- ley 11/1995, de 28 de diciembre, por el que se establecen las Normas Aplicables al Tratamiento de las Aguas Residuales Urbanas. Como para calcular el dimensionamiento del sistema de depuración necesario para un núcleo de población, no sólo se tiene en cuenta a sus habitantes, sino también las industrias de la zona o la cabaña ganadera existente, es por esto que el número de habitantes equivalentes es siempre superior al de la población real

Uno de los parámetros más importantes, si no el principal, a la hora tanto de elegir el sistema de depuración a adoptar, como su dimensionamiento es el conocimiento del caudal a tratar, es decir, el volumen de agua residual por unidad de tiempo que va a entrar en la estación depuradora

En el cálculo de los caudales tiene gran importancia el tipo de agua a evacuar y el tipo de infraestructuras de saneamiento existentes. Como hemos visto en secciones anteriores, existen fundamentalmente dos tipos de redes de alcantarillado: el sistema separativo si se transportan independientemente las aguas residuales negras y pluviales, y el unitario se se transportan conjuntamente



Dentro de las aguas residuales conocidas como negras, distinguimos dos tipos de aguas: de tipo urbano (domésticas y de limpieza urbana), y aguas industriales (industrias y ganadería), que en muchos casos son recogidas en el sistema separativo mediante dos redes independientes

Los sistemas de depuración se dimensionan como se vio en el capítulo anterior para que sean eficaces durante los años previstos de funcionamiento, normalmente 25 años. Por ello, es necesario conocer la tasa de crecimiento de la población para calcular el caudal medio diario para el año horizonte de cálculo.

Por otro lado, se comprueba que el caudal de aguas residuales domésticas es aproximadamente igual al caudal de abastecimiento para estos usos, y en muchos casos presenta leyes horarias muy similares

Generalmente, el servicio de abastecimiento es un servicio financiado por los usuarios y, por tanto, un servicio cuyo consumo se mide mediante contadores. Por lo tanto, resulta relativamente sencilla la obtención actual de los datos reales de consumo, así como su distribución horaria a lo largo del día

En algunos casos, no es posible conocer la dotación real del núcleo cuyas aguas se van a tratar. A efectos orientativos, muchas legislaciones nos dan una información sobre las dotaciones deseables futuras. Hay que tener en cuenta que en los países desarrollados, al aumentar el nivel de vida, ha aumentado progresivamente el consumo de agua

Otros organismos como la EPA nos dan información sobre el consumo de agua doméstica en función del uso a que se destinen

Existen también tablas para la estimación de la dotación tanto en función de los caudales para establecimientos e instituciones, como para usos recreativos



En España, el cálculo de estos caudales se rige por las Instrucciones para la redacción de proyectos de Abastecimiento y Saneamiento de agua (MOPMA)

El coeficiente de incremento poblacional (α) cuya explicación corresponde al capítulo anterior, se recomienda que no sea superior a 0,012, aunque a veces se llega a considerar como válido 0,02

En el caso de no conocer la dotación actual real del sistema de abastecimiento de aguas, se adoptarán los consumos urbanos según usos expuestos en la figura

Una vez calculado el coeficiente y la estimación de la población futura en un periodo de 15 y 25 años, se calculará la dotación futura para dichos años y como caudales de diseño se adoptarán los de la figura. En función de estos resultados se decidirá si se construye la planta en una única fase (Q25) o una inicial a Q15 y ampliación posterior a Q25

Las aguas negras recogidas en las redes de alcantarillado separativo pueden ser también de origen industrial y normalmente en pequeños y medianos municipios de origen ganadero

El caudal de aguas residuales industriales generado por las industrias existentes en el sector, es del mismo orden que el caudal de abastecimiento de las mismas



En el caso de no disponer de datos reales de la industria o ser de nueva instalación, hay que estimar la dotación. A priori, esto resulta muy difícil debido a la gran tipología de industrias, pero a falta de datos más precisos puede indicarse que los valores medios de consumo más frecuentes oscilan entre 30-70 m3/ha.día

Existen tablas elaboradas por diferentes organismos de consumos de agua (m3/día) en función de los empleados y la superficie de la planta. No obstante, los vertidos son diferentes en cuanto a cantidad, tanto si son diferentes industrias, como si son del mismo tipo.

La estimación de la dotación futura debe realizarse teniendo en cuenta el plan de ordenación vigente totalmente desarrollado. También es importante destacar que estos valores pueden aumentar o disminuir en función generalmente de motivos económicos

Los caudales de aguas residuales ganaderas se estiman en función de las cabezas de ganado estabuladas que hay en los establos

Para animales no estabulados existen tablas de consumo de agua según las necesidades de una granja

El caudal de aguas residuales oscila entre un valor mínimo y máximo a lo largo del día. El coeficiente por el cual se debe multiplicar el caudal medio diario para obtener el caudal máximo diario se denomina coeficiente punta. Este valor varía de ciudad en ciudad, e incluso dentro de la misma ciudad de unas zonas a otras

El valor máximo de caudal diario, denominado caudal punta, para el año horizonte es quien definirá el dimensionamiento hidráulico de las unidades de proceso del sistema de depuración elegido, si el sistema de alcantarillado es separativo



El valor del caudal de aguas negras (urbanas e industriales) para el cálculo del dimensionamiento del sistema de depuración, vendrá dado por una expresión que englobe la suma de cada uno de los caudales (urbano, industrias y ganado), multiplicado por su respectivo coeficiente punta.

Por último, cabe destacar que aquellos núcleos urbanos que experimentan variaciones estacionales, fuertes de población, debido generalmente al turismo, se calculará el tanto por ciento de aumento de caudal en épocas de máxima afluencia, permitiendo así estimar un valor máximo de consumo que se tomará como valor para el dimensionado de la planta

Las aguas residuales pluviales y de escorrentía son recogidas por el sistema de alcantarillado unitario. Estas redes suelen estar previstas de aliviaderos que permiten, bajo ciertas condiciones, verter parte del vertido directamente sobre el medio receptor.

Los aliviaderos de la red unitaria se suelen dimensionar para evacuar las aguas residuales después de los 20 primeros minutos de lluvia, ya que inicialmente el agua pluvial esta fuertemente contaminada, porque arrastra la suciedad existente tanto en las calles como dentro de la red. Después de esos 20 minutos se considera que está suficientemente diluida la suciedad como para ser vertida directamente al cauce receptor

Los caudales de aguas de lluvias dependen de la intensidad de las lluvias, del coeficiente de escorrentía medio y de la superficie total del cauce. Como hemos indicado anteriormente no se deben considerar el caudal de grandes tormentas o chubascos extraordinarios (mayores costes) por lo que la intensidad de las lluvias a considerar dependerá del tiempo de concentración y un periodo de retorno dado



Del agua de lluvia que cae sobre la superficie una parte se evapora, otra discurre por la superficie (escorrentía) y otra penetra al terreno (infiltración). En primer lugar se determina la cuenca afluente al punto considerado, midiéndolas directamente sobre plano, y se calcula la superficie total de la cuenca del afluente, así como las superficies parciales (de esa superficie total) que tienen diferentes coeficientes de escorrentía en función de la naturaleza de la superficie

El coeficiente de escorrentía se define como la relación existente entre el caudal que discurre en la superficie y el caudal total precipitado. La escorrentía dependerá de la zona y los materiales constituyentes de la superficie, para calcular el coeficiente de escorrentía medio se utilizara la expresión de la figura, siendo la superficie total igual a la suma de las superficies parciales

Las precipitaciones se caracterizan por su intensidad, por su duración y por su frecuencia o periodo de retorno. La intensidad del agua de lluvia dependerá del tiempo de concentración y el periodo de retorno

El tiempo de concentración que es el tiempo que tarda en llegar el agua desde el punto de alcantarillado más lejano a la depuradora. Este será igual al tiempo escorrentía más el tiempo recorrido, siendo el tiempo de escorrentía el tiempo que tarda el agua en llegar a la alcantarilla (tablas dependiendo del suelo, longitud, pendiente...). El tiempo de recorrido es el tiempo que tarda por la red de alcantarilla en llegar a la depuradora, depende de las condiciones hidráulicas

El tiempo de concentración que es el tiempo que tarda en llegar el agua desde el punto de alcantarillado más lejano a la depuradora. Este será igual al tiempo escorrentía más el tiempo recorrido, siendo el tiempo de escorrentía el tiempo que tarda el agua en llegar a la alcantarilla (tablas dependiendo del suelo, longitud, pendiente...). El tiempo de recorrido es el tiempo que tarda por la red de alcantarilla en llegar a la depuradora, depende de las condiciones hidráulicas



Se entiende por intensidad de lluvia al caudal caído por unidad de superficie (o lo que es equivalente, la altura de la precipitación por unidad de tiempo). Una manera de calcular la intensidad de lluvias (l/s.ha) es mediante mapas y gráficas meteorológicas IDF (Intensidad, duración y frecuencia) donde a partir de un tiempo de concentración dado y un periodo de retorno, entramos en la gráfica o mapa por duración y obtenemos la intensidad

También se puede calcular mediante formulas o modelos empíricos previamente determinados para cada zona

Como resumen, para finalizar, exponemos las etapas que se deben seguir para el calculo del caudal de diseño de aguas pluviales en el punto dado

El valor de caudal de aguas de lluvia calculado para depuradoras grandes hay que añadirle un factor de corrección, de retraso, debido a la gran longitud de la red, el agua que la recorre esta todavía en la red al cesar las precipitaciones. Esto se conoce como coeficiente de retraso

Como consecuencia de este fenómeno de retraso en una sección, el caudal máximo efectivo será inferior al caudal máximo teórico (I*S*ϕ), la relación entre estos dos valores será el coeficiente de retraso. Existen distintos modelos experimentales en función de la longitud de la red, su pendiente o superficie que solo se pueden aplicar de forma local.



Uno de los métodos más utilizados es el de las isocronas. Considerada la cuenca vertiente se dibujan las isocronas, curvas en las cuales una gota de agua que se desplazara hasta el borde tardaría periodos de tiempo iguales

Igualmente se ha comprobado experimentalmente que el volumen de agua que cae sobre una región, entre dos instantes dados, no es proporcional a su superficie. Esto significa que la intensidad de la precipitación no es constante en todos los puntos del área afectada por la misma. Existe un punto denominado centro de la tormenta caracterizado porque la intensidad de lluvia es máxima, disminuyendo a medida que nos alejamos de dicho punto

El caudal de lluvia a considerar también se verá reducido por la aplicación de este coeficiente de desigual reparto espacial, también llamado de la forma del terreno. En realidad se conoce poco sobre este fenómeno y los modelos a aplicar son experimentales de aplicación local

El caudal de diseño (caudal máximo) a considerar en las plantas depuradoras cuyas aguas llegan a través de una red de saneamiento unitario será la suma de los caudales medios de aguas negras multiplicado por un valor denominado coeficiente máximo. Este coeficiente nos representa las veces que aumenta el valor de caudal medio que llega a la depuradora como consecuencia del aumento de caudal por las lluvias recogidas

Por último, debe tenerse en cuenta la inevitable presencia de aguas procedentes de infiltración y conexiones incontroladas que constituyen un caudal adicional, caudal de aguas de drenaje, al de la propia agua residual. Deben proveerse en función del tipo de alcantarillado y su edad de construcción las perdidas posibles en el futuro



En el caso de que exista la red de saneamiento de las distintas cuencas vertientes, se puede estimar el caudal midiendo experimentalmente el vertido de cada una de estas cuencas, que conectadas al colector que recoge las aguas residuales, serán enviadas hasta la estación depuradora para su tratamiento

El agua residual se puede transportar a la estación depuradora de dos maneras diferentes y en cada una de ellas se mide de forma diferente el caudal. Estas son mediante canales abiertos con la superficie del líquido expuesto a la atmósfera y sistemas cerrados donde el líquido está dentro de un tubo que se mantiene generalmente llenos

La medida del caudal en los sistemas abiertos es función de la altura que alcanza el agua. El método utilizado consiste en estrechar la sección transversal del canal para acelerar la circulación, conocido el ancho del canal, la altura que alcanza el agua es función de su velocidad. A partir de la velocidad del líquido y de su sección húmeda podemos determinar el caudal. Los sistemas de medida más empleados son los vertederos rectangulares o triangulares y los canales Parshall..

Los vertederos rectangulares consisten en una estructura de rebose con la parte superior en forma horizontal, la cual se coloca transversalmente en el canal y perpendicular a la dirección de flujo. Si la parte horizontal llega de un extremo al otro del canal se llama vertedero sin contracción y si es más pequeña se denomina vertedero con contracción

Los vertederos triangulares son semejantes a los rectangulares pero la abertura del tabique tiene forma de V con un ángulo que varia entre los 60º y 90º. Existen otros tipos de vertederos como los trapezoidales, sumergidos, etc



El medidor tipo Parshall consiste en una depresión tipo Venturi, una depresión en el centro del canal con posterior ensanchamiento. Debido al paso del agua a través de la depresión se forma un resalto hidráulico, como la garganta es constante con la medida de calado se conoce el caudal. Estos medidores tienen una menor perdida de carga que los vertederos por lo que son más utilizados

Para facilitar la medida del caudal los canales parshall llevan incorporados o bien una regleta graduada o flotadores conectados al sistema de control cuya subidas o bajadas nos indican las variaciones de caudal, o bien sensores de eco ultrasónico. Los medidores ultrasónicos se colocan por encima de donde se desea medir el nivel de agua, se envían ultrasonidos que se reflejan en la superficie del agua volviendo al aparato receptor

La medida del caudal en las tuberías es en función de la velocidad del líquido circulante, ya que de acuerdo a la ecuación de continuidad conocido la velocidad y la sección calculamos el caudal. El método utilizado consiste en utilizar un elemento deprimógeno que nos crea una presión diferencial que es proporcional al caudal. Los sistemas de medida más utilizados son los Venturi, placas de orificio y tubos Pitot

Los medidores Venturi como vimos anteriormente se basan en una depresión de la tubería que provoca una diferencia de presión entre la garganta y la sección de la tubería, como consecuencia de un aumento de la ve locidad de paso del fluido. Estos sistemas suelen ser poco utilizados para aguas residuales ya que requieren un sistema de limpieza continua que impida obstrucciones

Las placas de orificio están basadas en el mismo principio que el Venturi, se colocan en tramos de tubería recta y son más económicas que los Venturis. En su contra tiene que provoca una perdida de carga mayor que el Venturi (presión diferencial



Los tubos Pitot son tubos acodados cuyo principio es similar a los Venturi. Se colocan en tramos rectos, un tubo recibe el impacto de la corriente en el punto medio de la tubería y otro en la superficie. La diferencia de alturas entre ambos puntos nos permite conocer el caudal circulante. Son menos precisos que los Venturi y también son poco utilizados para aguas residuales que contengan gran cantidad de materia en suspensión

Existen otros muchos tipos de medidores de caudal como contadores de molinete, rotámetros, magnéticos y de ultrasonidos. Los medidores magnéticos consisten en una carrete que se adapta a la sección de la tubería, estos emiten una señal por inducción que es proporcional a la velocidad del fluido Es un sistema caro que requiere de alimentación a red o pulsos de corriente continua pero de gran utilidad para aguas residuales

Los efectos de las aguas residuales sobre el sistema de tratamiento y sobre la fuente receptora dependen de sus características y composición, esto es, de su concentración, así como de su cantidad o caudal

La cuantificación de la concentración y de la carga contaminante de un vertido son de máxima importancia y se puede decir que es la primera medida a tomar para asegurar diseños fiables de los sistemas de tratamiento y niveles de calidad aceptables en los cauces receptores



Toda fuente receptora, o sistema de tratamiento, tiene una capacidad específica de asimilación de un contaminante. En el caso de un río, si se excede esta, el río pierde las condiciones exigidas para su mejor uso y se convierte en un río contaminado

En el caso de un sistema de tratamiento, si se excede su capacidad de tratamiento, el sistema entra en dificultades operacionales, produciendo un efluente de inferior calidad a la requerida.

Los contaminantes en las aguas residuales son normalmente una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos. Normalmente no es ni práctico ni posible obtener un análisis completo de la mayoría de las aguas residuales

Sin embargo, también es cierto que solamente se podrían establecer comparaciones y estimaciones cuando se encuentren alteraciones provocadas por el mismo tipo de sustancias. Piénsese que todas las aguas residuales son distintas en el tiempo y en el espacio

La determinación de los compuestos biorresistentes no tiene dificultad en general, si se van a utilizar parámetros fisicoquímicos inorgánicos específicos.

No ocurre lo mismo cuando se tiene que utilizar un parámetro orgánico o microbiológico, ya que en la mayoría de los casos hay que recurrir a utilizar un parámetro sustituto o indicador



Es importante, en primer lugar, conocer una serie de conceptos necesarios para un correcto diseño de un sistema de depuración

Carga Hidráulica- Volumen de agua a tratar por metro cuadrado de superficie y por unidad de tiempo (m3 / m2 * hora).

Carga Másica o Carga Orgánica- Es el producto de la concentración de un determinado contaminante por el caudal, en un lugar determinado (kg DBO5 o DQO /día). CM= 10-3 Q (m3/día) * C (g/m3).

Carga Volúmica- Relación entre la masa de un determinado contaminante por unidad de tiempo (Carga másica u orgánica) y volumen. Cv= kg/día * m3

Carga Superficial- Relación entre la masa de un determinado contaminante por unidad de tiempo (Carga másica u orgánica) y superficie. Cv= kg/día * m2

Tiempo de Retención Hidráulico- Tiempo de permanencia del agua residual en el sistema. TRH (días)= V (m3) / Q m3/día.



Tiempo de Retención Celular, Tiempo de Retención de Lodos o Edad de Lodos- Relación entre la masa de microorganismos existente en el sistema (kg) y la masa de microorganismos eliminados (kg) por unidad de tiempo (días)

La puntas de caudal pueden distorsionar los distintos procesos de depuración provocando la pérdida por ejemplo, de gran cantidad de sólidos en el efluente si se sobrepasan los criterios establecidos para el diseño

Para evitar estos problemas, este tipo de parámetros se suele estimar para condiciones de caudal punta en el caso de una red de saneamiento separativa o de caudal máximo en el caso de una red unitaria

Los valores estándar de carga contaminante doméstica por habitante equivalente y sus dotaciones se utilizan de forma mecánica como hipótesis de partida en diferentes tipos de documentos y proyectos técnicos

Se utilizan por ejemplo en el diseño de instalaciones de depuración, cuando no se hacen mediciones “in situ”.

También en las determinaciones de tasas de saneamiento aplicables a determinados sujetos contaminadores y de forma general, en las redacciones de Planes de Saneamiento y en los Planes Hidrológicos de Cuenca



Carga Contaminante Estándar- Cantidad de contaminación que es generada, por término medio, por una persona durante un día, como consecuencia de la actividad que realiza en su domicilio

Esta carga contaminante estándar se expresa habitualmente en forma de gramos por persona y día emitidos de materia orgánica (medido según la DQO, DBO o Materias Oxidables) y gramos por persona y día emitidos de materia en suspensión (MES)

En algunos casos también se indican las cargas diarias de Nitrógeno total y Fósforo total en idénticas unidades, gramos por persona y día

Por otra parte, esta carga contaminante se emite diluida en una cierta cantidad de agua. Esta cantidad de agua es la que se evacua por cada persona en las mismas circunstancias mencionadas anteriormente y se expresa como una Dotación en litros por persona y día

No cabe duda de que personas que tengan diferentes circunstancias climatológicas y socioeconómicas, por ejemplo, tendrán cargas contaminantes y dotaciones diarias diferentes. También, es lógico suponer que existen ciertas variaciones estacionales entre días laborales y festivos

Desde el punto de vista normativo y técnico, no se tiene en cuenta estas variaciones y se adoptan valores estándar generalmente aceptados



En diversos tipos de normativas se establecen valores estándar de carga contaminante que son generalmente aceptados, correspondientes a un habitante equivalente y día

La Directiva Comunitaria 91/271/CEE sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas define como 1 e-h (equivalente habitante): la carga orgánica biodegradable con una demanda de oxígeno de 5 días (DBO5) de 60 g. de oxígeno por día

En el RD 849/1986 por el que se aprueba el Reglamento del Dominio Público Hidráulico (desarrollo de la Ley 29/1985 de Aguas) se habla en el Capítulo II. Canon de Vertido de que para la definición de Unidad de Contaminación se considerará la carga contaminante por habitante y día de: - 90 g de materias en suspensión (MES) - 61 g de materias oxidables (MO)

En el RDL 11/95 por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de aguas residuales urbanas (trasposición de la Directiva 91/271) también se mencionan valores de DBO5 de 60 g. de oxígeno por día como la carga orgánica correspondiente a 1 habitante equivalente

La Orden 24/09/92 Instrucciones y recomendaciones técnicas complementarias para la elaboración de Planes Hidrológicos de cuencas intracomunitarias establece una dotación de 220 l/ hab*día. Suponiendo unas pérdidas del 30% = 154 l/hab*día



El Decreto 174/1994 de la Comunidad Autónoma de Canarias que constituye el Reglamento de control de vertidos para la protección del dominio público hidráulico considera para la definición de Unidad de Contaminación que la carga contaminante respecto de una dotación de 150 l/hab.*día es de 90 g/ hab * día de MeS y 61 g/hab*día de MO

Por último, el Decreto 320/1990 de la Generalitat de Cataluña desarrollo de la Ley 3/1990 de Infraestructuras hidráulicas de Cataluña, aunque se trata de una norma ya derogada, establecía los siguientes valores de referencia para una dotación de 150 l/hab*día: 57 g/hab*día de Materias Oxidables 90 g/hab*día de Materias en Suspensión 15 g/hab*día de Nitrógeno 4 g/hab*día de Fósforo.

En la siguiente figura se muestra un resumen de estas normativas. 90 g/hab*día de MeS y 60 g/hab*día de MO coincide a grandes rasgos con los valores que habitualmente se adoptan en los documentos de carácter técnico

En la siguiente figura aparecen los valores de referencia de carga contaminante que son utilizados en otros países (Fuente: Manual Técnico del Agua Degremont)

Por otro lado hay que tener en cuenta que los valores de contaminación orgánica dependen de cada zona siendo este un aspecto muy importante a la hora del diseño de la planta

Los valores de DQO son importantes en relación a la DBO5. El valor normal puede variar de 1,8 a 2,2. Solo se presentan valores más bajos en el caso de productos rápidamente degradables con baja relación DBO21/DBO5. Valores superiores a 2,2 se presentan p.ej. en aguas urbanas mezcladas con aguas residuales de papeleras o industrias textiles donde la DQO no degradable representa más del 20% de la DQO total



En cuanto a la contaminación por nutrientes, para suprimir los efectos de la dilución más o menos elevada de las aguas residuales, es más exacto y cómodo referir las concentraciones de otros componentes a una de base, p. ej. la DBO5. En el caso del nitrógeno, el valor medio más frecuente es: NTK= 0,22 DBO5

Cuando se encuentran valores que varían en más de (+/- 20%) del valor medio de 0,22 es necesario detectar las razones de estas anomalías, que pueden ser: - Zona rurales- contaminación de granjas de cerdos, aumento de la relación - Fuentes de contaminación orgánica, pobre en nitrógeno puede disminuir el valor: lecherías o cerveceras (DBO generalmente más alta) - Industrias de abonos o explosivos aumento de la relación NTK/DBO5

En el caso del Fósforo el valor más representativo es P= 0,05 DBO5 Cuando también se encuentran valores fuera del (+/- 20%) del valor medio de 0,05 es necesario detectar las razones de estas diferencias: - Valores menores como en el NTK debido a fuerte contaminación orgánica pobre en fósforo: cerveceras, mataderos, industrias de síntesis, papeleras,... - Valores altos en el caso de vertidos industriales que emplean, p. ej. grandes cantidades de detergentes o productos con alto contenido en fósforo

Las materias en suspensión suelen representar del 100-120 % de la DBO5, con una proporción de volátiles del orden del 70%. Si las materias en suspensión están en mayor concentración y al mismo tiempo la proporción de volátiles es inferior a la normal, es porque hay una fuente de materias minerales que llegan a los emisarios (p.ej. productos arcillosos en los colectores unitarios por obras en la ciudad)



Cuando se ha querido reducir el daño que las aguas residuales producen en el medio que las recibe, otra forma de estimación de la contaminación es, el de medir de alguna manera, la cantidad de contaminación que llevan las mismas para el correcto diseño de una estación depuradora

El objetivo principal que se persigue es que el vertido de las aguas residuales ya estabilizadas se realice de acuerdo a las características del cauce receptor, permitiendo como mínimo la supervivencia de las formas de vida acuática, sin que tampoco exista peligro para la salud humana

Es necesario el establecimiento y medida de una serie de parámetros que nos permitan conocer el estado de la masa de agua que se pretende estudiar. Sin embargo, además hay que tener en cuenta las limitaciones en todo lo relativo al muestreo (tipo de muestra, dificultades de almacenamiento, acondicionamiento, transporte, ...)

Debe efectuarse un programa preliminar de muestreo destinado a poner en evidencia posibles variaciones en las características del agua residual tanto en el tiempo como en el espacio. El requisito principal de los programas de muestreo consiste en fijar el orden de magnitud de los niveles de concentración o de carga de parámetros específicos (físicos, químicos y biológicos)

Por tanto, la evaluación y determinación de las cargas contaminantes del agua residual comporta la determinación de: Variaciones en las concentraciones de los constituyentes del agua residual. - Análisis de las cargas contaminantes, incluidas las cargas medias y puntas (diseños basados únicamente en valores medios constituyen un grave



error ya que se omite la existencia de condiciones extremas). - Efecto de la presencia de compuestos tóxicos e inhibidores

Una muestra instantánea o puntual es aquella tomada de una masa de agua de forma aleatoria. Normalmente, será representativa de la calidad del agua en el momento y lugar de la toma. Si el caudal no es uniforme, si los valores de los parámetros de interés no son estables (p.e. gases disueltos) se recomienda la toma de este tipo de muestra. Además la utilización de una muestra compuesta, corre el riesgo de reducir las diferencias entre muestras individuales a causa de sus interacciones

Las muestras compuestas son dos o más muestras o submuestras mezcladas en proporciones adecuadas de donde puede obtenerse un valor medio de la característica deseada. Cuando el caudal y la composición varían simultáneamente, una muestra compuesta proporcional al caudal permite detectar variaciones que no pueden observarse por medio de muestras localizadas.

Las medidas de caudales son muy importantes y pueden ser efectuadas en un canal de sección conocida mediante medios mecánicos directos, tales como una cubeta o un contador de agua calibrado. También se pueden efectuar medidas del nivel de agua visualmente por medio de una escala graduada o automáticamente por medio de un flotador

Una magnitud muy utilizada para valorar la carga contaminante es la determinación de la materia orgánica putrescible presente en el agua residual, la cual se puede realizar por medio de las siguientes técnicas:

Las que evalúan la cantidad total de materia orgánica presente en el agua residual: - Demanda Química de Oxígeno (DQO) - Carbono Orgánico Total (COT) - Pérdida de peso al rojo Las que evalúan la materia orgánica biodegradable: - Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)



La demanda de oxígeno de las aguas residuales se basa en la capacidad reductora de la materia orgánica y se define como la cantidad de oxígeno necesario para oxidar (por los microorganismos en el caso de la DBO o por un oxidante inorgánico en el de la DQO) en determinadas condiciones y en un tiempo previamente establecido, la materia orgánica presente en la misma

La DQO se propuso como análisis sustituto de la DBO5 con el fin de eliminar la dificultad que presentaba su determinación. En aguas negras esta determinación se suele hacer utilizando como oxidante el dicromato potásico en medio ácido y sulfato de plata como catalizador, determinándose posteriormente el oxígeno consumido

La demanda de oxígeno de las aguas residuales se basa en la capacidad reductora de la materia orgánica y se define como la cantidad de oxígeno necesario para oxidar (por los microorganismos en el caso de la DBO o por un oxidante inorgánico en el de la DQO) en determinadas condiciones y en un tiempo previamente establecido, la materia orgánica presente en la misma.

Por todo esto, se ha aceptado para la prueba normalizada de la DBO, de acuerdo a los estudios que realizó la Comisión Real Inglesa sobre disposición de aguas negras, como regla general, el periodo de 5 días de incubación a la temperatura de 20ºC

La materia en suspensión se corresponde con una fracción de los sólidos totales presentes en el agua residual y son aquellos que quedan retenidos en un filtro de fibra de vidrio o de membrana de policarbonato con un tamaño de poro aproximado de 1 micra

Es muy importante tener en cuenta que los sólidos a muestrear pueden estar distribuidos de forma heterogénea en el líquido por lo que, si es posible, debe realizarse una mezcla satisfactoria para el mantenimiento de las condiciones de turbulencia

FIN DE LA UNIDAD

Se puede hablar de aguas residuales como aquellas que...

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