UNIVERSIDAD DE MANIZALES MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE

MÓDULO MANEJO INTEGRADO DEL AGUA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Dr.: Nelson Rodríguez Valencia. Elaborado Por: Francisco González. Grupo 1 EdissonPaguatian. Grupo 2 Rosa Rincón. Grupo 1 Ovidio Simbaqueva. Grupo 2 Roberto Talero. Grupo 2

1. RESUMEN

El siguiente ensayo aborda el tema del tratamiento de aguas residuales, a

partirde la descripción de los principales contaminantes que presentan las

aguas residuales urbanas e industriales, explica las etapas que involucra el

tratamientode las mismas y presenta la legislación vigente en Colombia,

relacionada con los vertimientos, analizando su pertinencia.

2. INTRODUCCIÓN

En todos los grandes centros urbanos del planeta Tierra se generan grandes

cantidades de aguas residuales como consecuencia del desarrollo de las

actividades humanas, por lo que las principales fuentes de aguas residuales

son la industria, la ganadería, la agricultura y las actividades domésticas que se

incrementan con el crecimiento de la población humana. En la mayoría de los

países los sistemas de aguas negras domésticas son los mismos para recibir

las aguas pluviales lo cual provoca mayores problemas de contaminación,

porque cuando el agua residual se combina con grandes cantidades de agua

lluvia, los residuos contaminantes se diluyen complicando así su proceso de

limpieza, en ese mismo sentido, entre más concentrada llegue el agua residual

a la planta, es más fácil remover los residuos.

En casi todos los países todavía las industrias arrojan las aguas de desecho a

los desagües sin ningún tratamiento previo y en la mayoría de los países

subdesarrollados son pocas las industrias que le dan algún tratamiento antes

de ser desechadas, lo que a nivel global hace que el problema de

contaminación del agua aumente a medida que crece la población, la industria

y las demás actividades humanas. Los contaminantes biodegradables de las

aguas residuales pueden ser degradados mediante procesos naturales o en

sistemas de tratamientos hechos por el ser humano, en los que acelera el

proceso de descomposición de la materia orgánica con microorganismos.

En general, puede decirse que un sistema de tratamiento de aguas residuales

domésticas o industriales, se compone de unas operaciones unitarias que

suelen llamarse preliminares, de otras operaciones y procesos unitarios

conocidos bajo el nombre genérico de tratamientos primarios, de los procesos

de tratamiento propiamente dichos o tratamientos secundario, y las operaciones

y procesos mediante los cuales se depura aun más el agua residual, o

tratamientos terciarios.

Se le llama tratamiento primario de aguas negras al proceso que se usa para

eliminar los sólidos de las aguas contaminadas; secundario, al que se usa para

reducir la cantidad de materia orgánica por la acción de bacterias (disminuir la

demanda bioquímica de oxígeno) y terciario, al proceso que se usa para

eliminar los productos químicos.

3. OBJETIVOS

Identificar los parámetros físicos, químicos y bacteriológicos que definen la

composición de las aguas residuales y su efecto en la degradación de los

receptores.

Analizar las operaciones y procesos uti lizados convencionalmente en el

tratamiento del agua residual urbanae industrial.

Reconocer la legislación Nacional ambiental vigente relacionada con el agua

residual.

4. MARCO TEORICO Y DISCUSIÓN

4.1 CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES (A.R)

“Las aguas residuales pueden definirse como las aguas que provienen del

sistema de abastecimiento de agua de una población, después de haber sido

modificadas por diversos usos en actividades domésticas, industriales y

comunitarias.” (Mara 1976)

De acuerdo con su origen, las aguas residuales pueden ser clasificadas como:

Domésticas o urbanas: son aquellas utilizadas con fines higiénicos (baños,

cocinas, lavanderías, etc.). Consisten básicamente en residuos humanos que

llegan a las redes de alcantarillado por medio de descargas de instalaciones

hidráulicas de la edificación también en residuos originados en

establecimientos comerciales, públicos y similares.

Industriales: son líquidos generados en los procesos industriales. Poseen

características específicas, dependiendo del tipo de industria.

Infiltración y caudal adicionales: las aguas de infiltración penetran en el

sistema de alcantarillado a través de los empalmes de las tuberías, paredes de

las tuberías defectuosas, tuberías de inspección y limpieza, etc. Hay también

aguas pluviales, que son descargadas por medio de varias fuentes, como

canales, drenajes y colectores de aguas de lluvias.

Pluviales: son agua de lluvia, que descargan grandes cantidades de agua

sobre el suelo. Parte de esta agua es drenada y otra escurre por la superficie,

arrastrando arena, tierra, hojas y otros residuos que pueden estar sobre el

suelo.

“Cada persona genera 1.8 litros de material fecal diariamente, correspondiendo

a 113.5 gramos de sólidos secos, incluidos 90 gramos de materia orgánica, 20

gramos de nitrógeno, más otros nutrientes, principalmente fósforo y potasio.”

(Mara y Cairncross, 1990)

Las A.R. cuando se desaguan se denominan vertidos y éstos pueden

clasificarse en función:

Del uso prioritario u origen: Aguas Residuales Urbanas (A.R.U.) o Aguas

Residuales Industriales (A.R.I)

De su contenido en determinados contaminantes: Los vertidos residuales

arrastran compuestos con los que las aguas han estado en contacto. Estos

compuestos pueden ser:

A continuación se va a realizar una descripción de los principales tipos de A.R.

4.1.1 AGUAS RESIDUALES URBANAS

Procedencia de la contaminación en los núcleos urbanos:

Servicios domésticos y públicos

Limpieza de locales

Drenado de Aguas Pluviales

Tipos de contaminantes:

Materia Orgánica (principalmente) en suspensión y disuelta

N; P; NaCl y otras sales minerales

Micro contaminante procedente de nuevos productos

Las A.R. de lavado de calles arrastran principalmente materia sólida inorgánica

en suspensión, además de otros productos (fenoles, plomo -escape vehículos

motor-, insecticidas -jardines-...)

4.1.1.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS.La Temperatura de las A.R.

oscila entre 10 - 20oC (15 ºC). Además de las cargas contaminantes en

Materias en suspensión y Materias Orgánicas, las A.R. contienen otros muchos

compuestos como nutrientes (N y P), Cloruros, detergentes, cuyos valores

orientativos de la carga por habitante y día son:

N amoniacal: 3-10 gr/hab.d

N total: 6.5-13 gr/hab.d

P (P043) ; 4-8 gr/hab.d

Detergentes : 7-12 gr/hab/d

En lugares donde existen trituradoras de residuos sólidos las A.R.Urbanas

están mucho más cargadas (100 % más)

4.1.1.2 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS. En las A.R. van numerosos

microorganismos, unos patógenos y otros no. Entre los primeros cabe destacar

los virus de la Hepatitis. Por ej. En 1 gr. de heces de un enfermo existen entre

10-106 dosis infecciosas del virus de la hepatitis.

El tracto intestinal del hombre contiene numerosas bacterias conocidas como

organismos COLIFORMES. Cada individuo evacua de 105-4x105 millones de

coliformes por día, que aunque no son dañinos, se utilizan como indicadores de

contaminación debido a que su presencia indica la posibilidad de que existan

gérmenes patógenos de más difícil detección.Las A.R. Urbanas contienen: l06

colif. Totales / 100 ml

4.1.2 AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

Son las que proceden de cualquier taller o negocio en cuyo proceso de

producción, transformación o manipulación se utilice el agua, incluyéndose los

líquidos residuales, aguas de proceso y aguas de refrigeración.

Líquidos Residuales: Los que se derivan de la fabricación de productos, siendo

principalmente disoluciones de productos químicos tales como lejías negras,

los baños de curtido de pieles, las melazas de la producción de azúcar, los

alpechines...etc.

Se debe intentar la recuperación de subproductos.

A.R. de Proceso: Se originan en la utilización del agua como medio de

transporte, lavado, refrigeración directa y que puede contaminarse con los

productos de fabricación o incluso de los líquidos residuales.

Generalmente su contaminación es <10% de la de los líquidos residuales

aunque su volumen es 10-50 veces mayor.

Aguas de Refrigeración Indirecta: No han entrado en contacto con los

productos y por tanto la única contaminación que arrastran es su temperatura.

Ahora bien, hoy día hay que considerar también la existencia de productos que

evitan problemas de explotación (estabilizantes contra las incrustaciones y

corrosiones, algicidas...) que pueden ser contaminantes.

4.2 TIPOS DE VERTIDOS INDUSTRIALES.

Continuos: Provienen de procesos en los que existe una entrada y una salida

continua de agua (Procesos de Transporte, lavado, refrigeración...)

Discontinuos: Proceden de operaciones intermedias. Son los más

contaminados (Baños de decapado, baños de curtidos, lejías negras,

emulsiones...)Al aumentar el tamaño de la industria, algunos vertidos

discontinuos pueden convertirse en continuos.

4.3 CLASIFICACIÓN DE LAS INDUSTRIAS SEGÚN SUS VERTIDOS.

Se clasifican en 5 grupos de acuerdo con los contaminantes específicos que

arrastran las A.R.

4.3.1 INDUSTRIAS CON EFLUENTES PRINCIPALMENTE ORGÁNICOS

Papeleras

Azucareras

Mataderos

Curtidos

Conservas (vegetales, carnes, pescado...)

Lecherías y subproductos (leche en polvo, mantequilla, queso...)

Fermentación (fabricación de alcoholes, levaduras...)

Preparación de productos alimenticios (aceites y otros )

Bebidas

Lavanderías

4.3.2 INDUSTRIAS CON EFLUENTES ORGÁNICOS E INORGÁNICOS

Refinerías y Petroquímicas

Coquerías

Textiles

Fabricación de productos químicos, varios

4.3.3 INDUSTRIAS CON EFLUENTES PRINCIPALMENTE INORGÁNICOS

Limpieza y recubrimiento de metales

Explotaciones mineras y salinas

Fabricación de productos químicos, inorgánicos.

4.3.4 INDUSTRIAS CON EFLUENTES CON MATERIAS EN SUSPENSIÓN

Lavaderos de mineral y carbón

Corte y pulido de mármol y otros minerales

Laminación en caliente y colada continua.

4.3.5 INDUSTRIAS CON EFLUENTES DE REFRIGERACIÓN

Centrales térmicas

Centrales nucleares

4.4 CONTAMINACIÓN CARACTERÍSTICA DE LA INDUSTRIA

Cada actividad industrial aporta una contaminación determinada por lo que es

conveniente conocer el origen del vertido industrial para valorar su carga

contaminante e incidencia en el medio receptor. Cuando se conoce el origen

del vertido, el número de parámetros que definen la carga contaminante del

mismo es reducido.

4.4.1 VALORACIÓN DE LA CARGA CONTAMINANTE QUE VIERTE LA

INDUSTRIA.

Para superar la dificultad que supone generalizar esta valoración (pues no

existen 2 industrias iguales), al menos cuando se trata de estimar la carga

contaminante contenida en las A.R. con vistas al dimensionamiento de su

planta depuradora, se ha recurrido al concepto de “POBLACION

EQUIVALENTE”. Este valor se deduce dividiendo los Kg de DBO (demanda

biológica de oxigeno) contenidos en el A.R., correspondiente a la producción

de una unidad determinada, por la DBO que aporta un habitante por día, valor

para el que en Europa se considera un valor medio de 60 g. Ahora bien, dado

que el término

“Población Equivalente” sólo se refiere a una contaminación de carácter

orgánico, a la hora de dimensionar la planta depuradora sería necesario, al

menos, tener en cuenta además de la DBO, los Sólidos en Suspensión (SS).

En Francia se basaron en los parámetros de DQO, DBO y SS para el cálculo

del canon de vertido. En Francia y España (Cataluña) existen tablas que

establecen el canon de vertido industrial en función de la producción de la

actividad o el número de operarios. Estos valores los aplican las Agencias

Financieras de Cuenca.Posteriormente se han introducido además Sólidos

Disueltos (medidos por la conductividad en mho/cm); N y P

4.5 TRATAMIENTO PRIMARIO DE AGUAS RESIDUALES.

Se le llama tratamiento primario de aguas residuales, al proceso que se usa

para eliminar los sólidos de las aguas contaminadas.

4.5.1OBJETIVOS DEL TRATAMIENTO PRIMARIO. Principalmente se

pretende la reducción de los sólidos en suspensión (SS) del agua residual (A.R).

Dentro de estos SS pueden distinguirse: Los sólidos sedimentables: son los que

sedimentan al dejar el A.R. en condiciones de reposo durante una hora, este

tiempo también depende del tamaño del sedimentado. Los sólidos flotantes:

definibles por contraposición a los sedimentables. Los sólidos coloidales: de

tamaño cercano a las 10 micras.

4.5.2 TIPOS DE PROCESOS. Existen múltiples procesos que se pueden

considerar incluidos dentro del tratamiento primario (filtración, tamizado, ciertos

lagunajes, fosas sépticas, tanques).

4.5.2.1 PRETRATAMIENTO O CRIBADO. Se efectúa en dos etapas

claramente diferenciadas; en una primera etapa de desbaste se eliminan

primero los sólidos de mayor tamaño y pesado por medio de un pozo de

gruesos y una cuchara anfibia. Después las rejas de gruesos eliminan los

sólidos grandes flotantes. Y posteriormente las rejas de finos, retienen los

sólidos flotantes mayores de 10 mm, que son evacuados a un contenedor para

su posterior vertimiento al proceso de sedimentación.

4.5.2.2 SEDIMENTACIÓN. Una vez eliminada la fracción mineral sólida, el

agua pasa a un depósito de sedimentación donde se depositan los materiales

orgánicos, que son retirados para su eliminación. El proceso de sedimentación

puede reducir de un 20 a un 40% la DBO5 y de un 40 a un 60% los sólidos en

suspensión. La tasa de sedimentación se incrementa en algunas plantas de

tratamiento industrial incorporando procesos llamados coagulación y

floculación.

La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales, causadas

por la adición de un reactivo químico (coagulante), como el cloruro férrico o el

sulfato de aluminio, el cual, neutralizalas cargas electrostáticas de las

partículas, y hace que tiendan a unirse entre sí.

La floculación provoca la aglutinación de los sólidos en suspensión, formando

flóculos. Los floculantes, llamados también coadyuvantes de floculación, son

productos destinados a favorecer el proceso de floculación es decir, la

formación de un flóculo voluminoso y pesado,facilitando su decantación y

posterior filtrado.Ambos procesos eliminan más del 80% de los sólidos en

suspensión.

4.5.2.3 FLOTACIÓN. El objetivo de esta etapa es retirar las grasas, aceites y

otros sólidos de baja densidad. Se fuerza la entrada de aire al depósito, a

presiones de entre 1,75 y 3,5 kg/cm2. El agua residual, súper saturada de aire,

se descarga a continuación en un depósito abierto. En él, la ascensión de las

burbujas de aire hace que los sólidos en suspensión suban a la superficie, de

donde son retirados. La flotación puede eliminar más de un 75% de los sólidos

en suspensión.

4.5.2.4 NEUTRALIZACIÓN. Su objetivo es regular el pH del agua, para su

vertimiento en cuerpos de agua o para su posterior tratamiento secundario

químico o biológico. Los métodos para la neutralización de aguas residuales

pueden ser: mezclar corrientes de agua o la adición de ácidos o álcalis para

lograr el pH requerido.

4.5.2.5 OTROS SISTEMAS DE DEPURACIÓN. Para lograr una depuración

suficiente de las aguas residuales de pequeñas comunidades rurales,a menudo

se utilizan sistemas más sencillos de depuración de las aguas residuales como

la fosa séptica, el lagunaje y el filtro verde.

FOSA SÉPTICA. Cámaras cerradas en la que los contaminantes sedimentan y

fermentan: Lecho bacteriano (depósito lleno de árido), zanjas o pozos filtrantes

o filtros de arena. Todos ellos facilitan la formación de películas de bacterias

anaerobias, que actúan sobre la parte sólida de las aguas negras

descomponiéndolas. Esta descomposición es importante, pues deja las aguas

negras residuales con menos cantidad de materia orgánica, ya que la fosa

elimina cerca del 40% de la demanda biológica de oxígeno, y así la misma

puede devolverse a la naturaleza con menor perjuicio para ella.Debido a la

posibilidad de presencia de organismos patógenos, la parte sólida debe ser

retirada, a través de un canal limpia-fosas y transportada a un vertedero en las

zonas urbanas o enterrada en zonas rurales.

FILTRO VERDE. Un filtro verde consiste en una superficie de terreno en la que se

planta vegetación de rápido crecimiento -normalmente chopos-, que se riega con las

aguas residuales de una población. La depuración se realiza de forma natural en el

suelo, gracias a la acción conjunta de varios elementos: el propio suelo, mediante la

precipitación y el intercambio iónico, entre otros fenómenos, las raíces de las plantas y

árboles, que absorben nutrientes, y los microorganismos que degradan la materia

orgánica de esas aguas negras.

LAGUNAJE:consiste en una laguna o grupo de lagunas, donde se consigue la

estabilización de materia orgánica, a través de la reproducción del fenómeno

natural de autodepuración del agua, en forma controlada. En la zona aerobia se

realiza la oxidación de la materia orgánica, nitrificación, oxidación de gases. En

la zona anaerobia, las bacterias anaeróbicas realizan la fermentación ácida, la

hidrólisis de proteínas, formación de metano.

4.6 TRATAMIENTOS SECUNDARIOS DE AGUAS RESIDUALES.

El tratamiento secundario de aguas residuales es el tratamiento biológico de la

materia orgánica disuelta que se presenta en el agua residual, transformándola

en sólidos suspendidos que después serán eliminados fácilmente. Este

tratamiento degrada activamente el contenido biológico del agua residual. Los

contenidos residuales pueden ser: residuos humanos, residuos de alimentos,

jabones y detergentes.

4.6.1 OBJETIVOS DEL TRATAMIENTO SECUNDARIO.El tratamiento

secundario dentro de las etapas que conforman el proceso de limpieza de las

aguas residuales, tiene como objetivo fundamental limpiar el agua de

impurezas que poseen un tamaño mucho menor a las que se pueden filtrar o

captar por decantación y por las rejillas; para este procesos se usan sistemas

mecánicos y biológicos los cuales pueden ser o son combinados. Cuando los

sistemas son de tipo biológico estos pueden ser afectados por factores

externos, por ejemplo factores climatológicos; por tal motivo es importante

estudiar sus características y adaptación al lugar en donde se llevara a cabo

inicialmente el proyecto, esto para hacer una elección adecuada.

Uno de los tratamientos naturales del agua residual es la autodepuración, la

cual es tomada como modelo para intensificar y doblar la acción depuradora de

este proceso. Esta depuración biológica está definida como la capacidad que

tienen los microorganismos que se encuentran en el agua, de alimentarse de

los agentes contaminantes y compuestos orgánicos. Los grandes avances

científicos en el campo de la bioquímica bacteriana han servido para poder

utilizar microorganismos anaerobios los cuales se aplican a los residuos, esta

aplicación permite obtener productos como el metano. Los sistemas de

depuración biológica son muy utilizados hoy en día para tratar los ríos

contaminados procedentes de las agroindustrias en más del 90%.

Para los tratamientos anaeróbicos de las aguas residuales existe un gran

número de microorganismos utilizados ya que varias especies degradan una

alta gama de compuestos distintos. Cada tipo de estos microorganismos se

desempeña en según sus características alimenticias.

En Colombia es importante efectuar desarrollos científicos en el campo del

tratamiento de aguas residuales, que ayuden a preservar los ecosistemas y el

medio ambiente. La aplicación de estos procesos contribuye a detener la

degradación ambiental en las zonas rurales, las cuales se ven afectadas por la

disposición inadecuada de las aguas negras.

4.6.2 PROCESOS AEROBIOS

Cuando se trata el agua bajo este proceso existe un gran incremento de aporte

de oxigeno de formas tales como riego de superficies sólidas, por agitación y

aireación sumergida. El substrato (sustancias biodegradables disueltas),

suministran la fuente de alimento a los microorganismos transformándose en

condiciones aerobias en biomasa, dióxido de carbono y agua; estos

microorganismos aerobios necesitan de oxígeno para respirar. Fuera del

substrato, se eliminan del agua residual los compuestos de nitrógeno (amonio y

nitratos). Los microorganismos se dividen en grupos, un grupo convierte el

amonio en nitrato, a este proceso se le conoce como nitrificación y otro grupo

reduce el nitrato a nitrógeno elemental, a este proceso se le conoce como

desnitrificacion; el nitrógeno que se produce escapa como gas a la atmósfera.

Las tecnologías más usadas son los procesos de biopelícula y los de lodos

activados.

4.6.3 PROCESO DE LODOS ACTIVADOS

En este proceso los microorganismos se encuentran suspendidos en las aguas

residuales. Los microorganismos aerobios reciben oxígeno por la aireación del

agua residual en el tanque de aireación. Del resultado del metabolismo existe

una agrupación en flóculos, que constituyen el llamado lodo activo. El lodo

activo se separa seguidamente por sedimentación del agua residual depurada

en un proceso de decantación secundaria. Con la ayuda de la corriente de

agua residual salen del tanque de aireación más lodos activos de los que se

forman de nuevo en el mismo periodo de tiempo; debido a esto existe una

pérdida de biomasa, la cual será compensada devolviendo una parte de lodo

activado al tanque de aireación, esta cantidad es llamada lodo de retorno. La

parte que no circula es un residuo del proceso y se llama lodo en exceso.

4.6.4 PROCESOS DE BIOPELICULA

Estos procesos consisten en que los microorganismos se asientan en las

superficies de las sustancias sólidas formando una capa, la cual es

denominada biopelícula. Las sustancias sólidas que se usan se les denominan

portadores; después se hace poner en contacto el agua residual con la

biopelícula fi jada sobre el material portador.

Para estos procesos es necesario un filtro percolador, el cual es un relleno

cubierto de limo biológico en donde se percola el agua residual, esta agua se

distribuye en forma pulverizada uniformemente sobre el lecho de relleno

utilizando un distribuidor rotativo de flujo. El agua residual percola de manera

descendente a través del relleno y el efluente se recoge en el fondo. La

aireación del filtro percolador es por convección natural, en donde la diferencia

de temperaturas se realiza entre el aire exterior y el interior del filtro biológico.

Los materiales que son portadores son de superficies muy específicas, entre

200 m2/m3 y pueden tener un origen natural como la roca volcánica o artificial.

La figura muestra la sección típica de un percolador y su funcionamiento.

4.6.5 PROCESOS ANAEROBIOS

Los procesos anaerobios del agua residual, son procesos fermentativos

denominados digestión anaerobia. Estos se caracterizan por convertir la

materia orgánica en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), en la ausencia

del oxígeno y con la ayuda activa de diferentes poblaciones de bacterias.

La digestión anaerobia se realiza en ambientes naturales como lo son los

pantanos, sedimentos de lagos y mares, zonas anoxicas del suelo, zonas

anegadas para el cultivo de arroz, fuentes de aguas termales sulfurosas y en el

tracto digestivo de los rumiantes.

En el tratamiento de las aguas residuales, la contaminación es evaluada por la

demanda química de oxígeno(DQO), este parámetro mide la concentración de

materia orgánica. Para saber lo ocurrido en el tratamiento anaerobio con la

materia orgánica, es necesario realizar un balance entre la demanda química

de oxígeno y el tratamiento aerobio.

TRATAMIENTO ANAEROBIO

La digestión anaerobia es considerada como un proceso de transformación de

la materia orgánica; debido a que no existe la presencia de un oxidante en el

proceso, la capacidad de transferencia de electrones de la materia orgánica no

varía en el metano producido. Sin existir oxidación durante el proceso la DQO

teórica del metano equivale a la mayor parte de la DQO de la materia orgánica

digerida (90 a 97%), una pequeña parte de la DQO es convertida en lodo (3 a

10%). Cuando existen las reacciones químicas en la digestión anaerobia se

libera una parte muy pequeña de energía, mientras que la mayor parte

permanece como energía química del metano que se produce.

DEGRADACION ANAEROBIA

Para la degradación anaerobia de la materia orgánica se requiere de diversos

grupos de bacterias especiales, las cuales utilizan secuencialmente los

productos metabólicos generados por cada grupo. En la figura se muestran las

etapas de la digestión anaerobia.

CICLO DE VIDA BACTERIAL

En el ciclo de vida bacterial, la bacteria se divide y se reproduce a si misma o

puede continuar su proceso funcional hasta que muere. La reproducción de las

bacterias se realiza por fisión binaria, es decir que las células originales se

dividen en dos nuevas células. Las fases del ciclo de vida de las bacterias

presentes en un volumen fijo se da de la siguiente manera:

Fase de adaptación: Tiempo de aclimatización de las bacterias al nuevo

ambiente.

Fase de crecimiento: División de las células a una rata determinada

Fase estacionaria: Agotamiento de nutrientes necesarios para el

crecimiento y mortalidad de células viejas.

Fase de extinción: Rata de mortalidad supera la producción de nuevas

células.

REACTORES ANAEROBIOS

Existen tres tipos de reactores anaerobios, estos se caracterizan por reducir el

tiempo de retención hidráulico (TRH) y mejorar el contacto entre el lodo y el

sustrato; con lo que se tiene menores volúmenes de reactor, costos más bajos,

sistemas más estables y mejor operación.

Reactor de primera generación: El tiempo de retención celular es igual al

TRH. El contacto entre la biomasa y la materia orgánica no es muy

adecuado ( lagunas anaerobias, tanque séptico, tanque Imhoff)

Reactor de segunda generación: Posee mecanismos para retención de

los lodos independizando el tiempo de retención celular del THR( fi ltros

anaerobios de flujo ascendente y descendente, sedimentador interno

UASB)

Reactor de tercera generación: Optimiza el contacto entre el sustrato y la

biomasa, mediante la adherencia de partículas de arena, alúmina o

plástico las cuales se expanden (reactores de lecho fluidizado).

La digestión anaerobia se utiliza para estabilizar lodos que provienen de las

plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas y en el tratamiento de

aguas diluidas, esta última en una menor proporción que la anterior. Su

utilización es exitosa en zonas de clima tropical y aguas residuales

concentradas como las destilerías, papeleras, cerveceras e industrias de

alimentos.

4.7 TRATAMIENTO TERCIARIO DE AGUAS RESIDUALES

4.7.1 OBJETIVO DEL TRATAMIENTO TERCIARIO.En esta etapa se busca

aumentar la calidad final de los efluentes, a partir de procesos físico y

químicos. Es un tipo de tratamiento más caro que los anteriores y se usa en

casos más especiales como por ejemplo para purificar los vertimientos de

algunas industrias, de tal manera que puedan ser utilizados para riego de

cultivos.

4.7.2 OSMOSIS 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.

Para entender el proceso de la ósmosis inversa, empecemos por recordar la

ósmosis natural, mecanismo de transferencia de nutrientes en las células de

los seres vivos a través de las membranas que la recubren.

En tal sentido, cuando se ponen en contacto dos soluciones de diferentes

concentraciones de un determinado soluto (por ejemplo sales), se genera un

flujo de solvente (por ejemplo agua) desde la solución más diluida a la más

concentrada, hasta igualar las concentraciones de ambas.

Es decir, en otras palabras: si ponemos en contacto, a través de una

membrana, agua salada y agua destilada obtendremos un equilibrio entre

ambas y quedarán moderadamente saladas. El agua que atraviesa la

membrana es "empujada" por la presión osmótica de la solución más salada y

el equilibrio del proceso se alcanza cuando la columna hidrostática iguala dicha

presión osmótica.

4.7.3 ELECTRODIÁLISIS.La electrodiálisis es una tecnología que permite, bajo

la influencia de un campo eléctrico continuo, extraer sustancias ionizadas

disueltas en una disolución acuosa a través de membranas selectivas de

intercambio iónico.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.

4.7.4 DESTILACIÓN.Proceso físico por el cual el agua cambia de estado pasa

de líquido a gaseoso y luego a líquido. La destilación es la colección de vapor

de agua, después de hervir las aguas residuales. Con un retiro correctamente

diseñado del sistema de contaminantes orgánicos e inorgánicos y de

impurezas biológicas puede ser obtenido, porque la mayoría de los

contaminantes no se vaporizan. El agua pasará al condensador y los

contaminantes permanecerán en la unidad de evaporación. Una de las fuentes

de energía utilizadas en la actualidad es la energía solar que se aplica para

hacer destilación y desalinización de agua con destiladores solares.

Destiladores solares construidos en laboratorio de la Universidad los Libertadores.

4.7.5ADSORCIÓN. 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).

4.7.6 FILTRACIÓN. Esta tecnología se utiliza principalmente para remover

sólidos suspendidos de los suministros de agua. Estos sólidos pueden consistir

de suciedad, cieno u otras partículas que puedan interferir con el uso

intencionado del agua o una tecnología de tratamiento corriente abajo. Las

tecnologías de filtración incluyen: Filtros de lecho, Filtros de cartucho, Filtros de

bolsa:

4.7.8 EXTRACCIÓN POR SOLVENTES.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.

4.7.9 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 .

4.7.10 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.

4.7.11 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 uti lizando 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 uti lizarse cada vez menos hoy día.

4.7.12 NITRIFICACIÓN – 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.

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 mas 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.

4.8 LEGISLACIÓN NACIONAL AMBIENTAL RELACIONADA CON AGUAS

RESIDUALES

La legislación ambiental en Colombia ha ido acorde con las discusiones y

declaraciones que se han llevado a cabo en las cumbres internacionales. La

Constitución Política de Colombia, contempla la conservación de los recursos

naturales y el medio ambiente como un deber del Estado y de la personas,

para poder gozar del derecho de un ambiente sano. En diciembre 22 de 1993,

se promulgó la Ley 99 de 1993, por el cual se reordena el sector público

encargado de la gestión medio ambiental, se establecen los principios de la

Política Ambiental Nacional y se crea el Ministerio del Medio Ambiente y el

Sistema Nacional Ambiental SINA 1 . Este sistema de gestión, tiene como

propósito lograr la puesta en marcha de los principios generales ambientales

contenidos en la Constitución Política de Colombia y la Ley 99 de 1993,

asegurando la coordinación intersectorial en el ámbito público de las políticas,

planes y programas en materia ambiental y de recursos naturales renovables.

El SINA está conformado por el Ministerio del Medio Ambiente, las

Corporaciones Autónomas Regionales, las Entidades Territoriales y los

Institutos de Investigación adscritos y vinculados al Ministerio, como el IDEAM

y el INVEMAR.

Con respecto a la normatividad a nivel nacional, en materia de vertimientos,

para proteger las cuencas que se consideran prioritarias en el país, se hace un

1 Ley 99 (1993). Diario Oficial 41146, Diciembre 22 de 1993.

cobro de tasas retributivas a las personas o entidades que las utilicen en forma

directa para vertimientos puntuales. El Decreto 3100 de 2003, contempla lo

relacionado con el establecimiento de la tarifa mínima y su ajuste regional;

define los sujetos pasivos de la tasa, los mecanismos de recaudo, fiscalización

y control, y el procedimiento de reclamación 2 ; establece que para la

caracterización de los vertimientos se deberá efectuar un monitoreo de por lo

menos los siguientes parámetros de calidad: DBO, SST, DQO, OD,

ColiformesFecales y pH. Los métodos analíticos utilizados para la toma y

análisis de las muestras de vertimientos, son establecidos por el Instituto de

Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM, a través de la guía

para el monitoreo de aguas superficiales y subterráneas.3

El artículo 20, aún vigente, del Decreto 1594 de 1984, establece las sustancias

de interés sanitario, es decir tóxicas para la salud humana y/o formas de vida

acuática.

De acuerdo con lo establecido en el artículo 12 del Decreto 3100 de 2003, los

usuarios prestadores del servicio de alcantarillado sujetos al pago de la tasa

retributiva deberán presentar a la autoridad ambiental competente el plan de

Saneamiento y Manejo de Vertimientos, PSMV, este plan se reglamenta con la

Resolución 1433 de 2004.

El Decreto 3930 de 2010, parcialmente modificado por el Decreto 4728 de

2010, establece las disposiciones relacionadas con los usos del agua y los

vertimientos al recurso hídrico, al suelo y a los alcantarillados. Dictamina entre

otras la fijación de los límites máximos permisibles de vertimientos en aguas

superficiales y subterráneas y su monitoreo (art 28 y 34). En el Capítulo VII se

decreta laobtención de los permisos de vertimiento y planes de cumplimiento.

En el capítulo VIII, se establece el plan de Reconversión a Tecnologías Limpias

en Gestión de Vertimientos, con el cual se busca la reconversión tecnológica

de los procesos productivos de losgeneradores de vertimientos que desarrollan

2Decreto 3100 (20003). Diario Oficial 45357, octubre 31 de 2003.

3Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales. IDEAM. (2003). Recuperado el 11 de Julio

de 2012 en

(http://responsabilidadintegral.org/administracion/circulares/archivos/Guia%20Caracterizacion%20Vertimientos%20-%20IDEAM.PDF

actividades industriales, comerciales o de servicios con dos objetivos

fundamentales:

Reducir y minimizar la carga contaminante por unidad de producción, antes

del sistema de tratamiento o antes de ser mezclada con aguas residuales

domésticas.

Reutilizar o reciclar subproductos o materias primas, por unidad de

producción o incorporar a los procesos de producción materiales reciclados,

relacionados con la generación de vertimientos.4

Con el fin de facilitar la gestión hídrica, en lo relacionado con el inventario de

usuarios, para concesiones de agua y autorizaciones de vertimiento, mediante

el Decreto 1324 de 2007, se crea el Registro de Usuarios del Recurso Hídrico.

La Resolución 955 de 2012 adopta el Formato con su respectivo instructivo

para el Registro de Usuarios.5

El Decreto 2820 de 2010, reglamenta las licencias ambientales, establece que

para la obtención de estas licencias, se deben presentar estudios de impacto

ambiental, que incluya entre otros, información sobre vertimientos y plan de

contingencia.

Existe también reglamentación relacionada con el manejo de vertimientos que

es específica para ciertos procesos industriales como por ejemplo la

Resolución 1544 de 2010, por la cual se acogen los términos de referencia

para la elaboración del Estudio de Impacto Ambiental para los proyectos de

perforación exploratoria de hidrocarburos y se toman otras determinaciones;6La

resolución 1543 de 2010, por la cual se acogen los términos de referencia para

la elaboración del Estudio de Impacto Ambiental para los proyectos de

explotación de hidrocarburos y se toman otras determinaciones;7 la Resolución

1023 de 2010, por la cual se dictan disposiciones en vertimientos para el sector

manufacturero.

En la legislación también se incluyen beneficios tributarios para quienes hagan

inversiones directas para control y mejoramiento del medio ambiente. Esto se

específica en el Decreto 3172 de 2003.

4 Decreto 3930 (2003). Diario Oficial 47837, octubre 25 de 2010.

5Resolución 955 (2012).Diario Oficial 48475, junio 28 de 2012

6Resolución 1544 (2010). Diario Oficial No. 47800, Agosto 13 de 2010

7Resolución 1543 (2010). Diario Oficial No. 47800, Agosto 13 de 2010

Para el monitoreo y control del recurso hídrico, y para regular los vertimientos

dentro de la jurisdicción de la ciudad de Bogotá, a través de la Resolución 3956

de 2009, se establece la norma técnica, para el control y manejo de los

vertimientos realizados al recurso hídrico en el Distrito Capital 8, se fi jan los

índices, factores, concentraciones o estándares máximos para vertimientos. En

general, se mantuvieron los parámetros definidos en la Resolución 1074 de

1997, se disminuyeron los valores de DBO5, DQO, Sólidos Suspendidos

totales y Tensoactivos. Las sustancias de interés sanitario Cd, Ni y Mn

aumentaron con respecto a esta norma contrario al parámetro Zn que

disminuyó.

A través de la Resolución 3957 de 2009, se establece la norma técnica, para el

control y manejo de los vertimientos realizados a la red de alcantarillado público

en el Distrito Capital9.

La Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca, CAR, por el acuerdo

332 de 2008, establece la obligación de efectuar autodeclaraciones a quienes

generen vertimientos líquidos de interés ambiental o de interés sanitario.

De la misma manera, en el Acuerdo 08 de 2004, la CAR, define la norma de

vertimiento para la industria de curtido de pieles, especificando las

concentraciones máximas permitidas de contaminantes que deben cumplir los

vertimientos.10

Este es el esquema hidrográfico del Distrito Capital. Para cada río la Secretaria

Distrital de Ambiente estableció objetivos de calidad a cuatro años (2009-

2012), para los Ríos Salitre, Fucha, Tunjuelo y el Canal Torca, mediante la

Resolución 5731 de 2008. La CAR, mediante el Acuerdo 43 de 2006, fijó los

objetivos para la cuenca del Río Bogotá.

8 Resolución 3956 (2009). Registro Distrital 4236, julio 6 de 2009

9Resolución 3957 (2009).Registro Distrital 4236, julio 6 de 2009

10 Acuerdo 08 (2004). Diario Oficial 45574, junio 9 de 2004

Fuente: Secretaria Distrital de Ambiente. Bogotá 2010. Consultado el 12 de julio de 2012 en http://www.corporacionambientalempresarial.org.co/documentos/494_Normatividad_Ambiental_

Distrital_Vertimientos.pdf

El tratamiento de las aguas residuales de Bogotá, se realiza en la planta de

tratamiento del Salitre.El proceso aplicado, corresponde a un tratamiento

primario químicamente asistido, logrando remociones del 40% materia orgánica

y un 60% de sólidos suspendidos totales.11

En febrero de 2011 se firmó el acuerdo de cooperación para la construcción de

la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Canoas (Fase I y II)12. La

Fase es un tratamiento primario convencional la Fase II un tratamiento

secundario biológico convencional. Su construcción se proyectó a 5 años.

5. CONCLUSIONES

En todos los grandes centros urbanos del planeta Tierra se generan grandes

cantidades de aguas negras como consecuencia del desarrollo de las

actividades humanas, por lo que las principales fuentes de aguas negras son la

industria, la ganadería, la agricultura y las actividades domésticas que se

incrementan con el crecimiento de la población humana.

La selección de un sistema de tratamiento de aguas residuales, depende del

tipo de contaminantes que esta contenga, de la calidad final deseada, del

11

Empresa de Acueducto Agua y Alcantarillado de Bogotá. (2012). PTAR Salitre. Consultado el 12 de julio de 2012 en http://www.acueducto.com.co/wpsv61/wps/portal/!ut/p/c4/04_SB8K8xLLM9MSSzPy8xBz9CP0os3gLw2DfYHMPIwN_cyMXA09HV1cLM2MTJ5MgE_2CbEdFAO5fkgY!/?WCM_PORTLET=PC_7_81SMS7H20O72D

0IAEE8634B4N0_WCM&WCM_GLOBAL_CONTEXT=/wps/wcm/connect/eaabv6/sacueducto/aambiental/aambsecprincipal/bambientalptarsalitre 12

Presidencia de la República. (2011). Sistema informativo del gobierno. Vía libre a la descontaminación

del Río Bogotá. Consultado el 12 de Julio de 2012 enhttp://wsp.presidencia.gov.co/Prensa/2011/Febrero/Paginas/20110221_07.aspx

caudal a tratar, del lugar donde se va a implementar y del presupuesto

disponible.

Los tratamientos primarios que reciben las aguas residuales consisten

principalmente en la remoción de sólidos suspendidos floculentos bien sea

mediante sedimentación o floculación, en la neutralización de la acidez o

alcalinidad excesivas y en la remoción de compuestos inorgánicos mediante

precipitación química. En algunos casos se puede uti lizar la coagulación como

auxiliar del proceso de sedimentación.

Los tratamientos primarios tienen gran importancia para los sistemas de

tratamientos de aguas residuales, pues de su adecuada y eficiente operación

depende en muy buena parte que todo el sistema reduzca efectivamente la

carga contaminante que tienen las aguas residuales.

EL tratamiento secundario consiste en la conversión progresiva de la materia

biológica disuelta en una masa biológica sólida usando bacterias adecuadas,

generalmente presentes en las aguas. Una vez que la masa biológica es

separada o removida, el agua tratada puede experimentar procesos adicionales

(tratamiento terciario) como desinfección, fi ltración, etc.

Entre las disciplinas que participan en los proceso de tratamientos de aguas

contaminadas se encuentran: ingenierías y ciencias exactas (ingeniería

química, ingeniería civil, ingeniería mecánica y eléctrica, química y física),

ciencias de la vida (biología, biología marina, microbiología, bacteriología),

ciencias de la tierra (geología, hidrología, oceanografía) y, ciencias sociales y

económicas (leyes, sociología, ciencias políticas, relaciones públicas,

economía y administración.

En Colombia existen numerosas leyes, decretos y resoluciones que buscan

favorecer la gestión del recurso hídrico desde varios frentes: planificación de

políticas y metas, sistema de información, regulación de uso y calidad,

instrumentos económicos como sanción y como incentivo. El desarrollo

normativo ha sido importante, pero hace falta el desarrollo de guías

metodológicas, como la guía Nacional de modelación del recurso hídrico, que

estaba propuesta para el 2011 y que lograría que los parámetros de

vertimientos se establezcan de acuerdo con las características específicas de

cada generador.

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