1

PAGE 5

INTRODUCCIN

El aprovechamiento del agua no es un hecho que tenga origen actual, tiene sus races en la antigedad. En el ao 97 D.C. ya existan acueductos que suministraban este recurso a los habitantes de la gran ciudad de Roma. (Fuente: Instalaciones Sanitarias, por Jorge Ruiz Araneda y Rafael Prez Carrasco, 1988).

Desde entonces, el desarrollo de las ciudades y el crecimiento continuo de la poblacin mundial, ha generado un aumento increble en la proyeccin y construccin de las instalaciones sanitarias necesarias para la captacin, almacenamiento, distribucin y posterior consumo del agua por parte de las personas como un elemento de vital importancia.

Pero no slo la obtencin y distribucin del agua constituyen las instalaciones sanitarias, sino tambin, su saneamiento y disposicin final despus de ser utilizada.

Chile no est ajeno a este desarrollo, el tema est siendo materia de gran preocupacin, sobre todo en lo que se refiere a la disposicin final del agua residual en los cursos de agua natural, y al dao a que stos estn sometidos debido a la gran cantidad de contaminantes que el agua residual trae consigo. Es por ello que cada da el tema adquiere una mayor importancia, relacionada directamente con la preocupacin existente tanto de las autoridades gubernamentales como de los afectados en forma ms directa.

1.- AGUAS SERVIDASLas aguas servidas, como inminente portadora de enfermedades por sus residuos contaminados; fsica, qumica y biolgicamente, han sido materia de gran preocupacin e importancia en el desarrollo de la poblacin a nivel mundial.

La necesidad de eliminar aguas negras, tiene sus races en la antigedad y actualmente an se conservan en servicio importantes obras como el gran alcantarillado de Roma, conocido como la cloaca mxima, construido para drenar el foro romano.

La canalizacin, tratamiento y disposicin final de las aguas, como control de los efectos perjudiciales al bienestar fsico, mental y social del hombre son parte bsica para alcanzar un buen nivel de higiene y salud y as prevenir enfermedades tales como el clera, fiebre tifoidea y otras provocadas por bacterias que utilizan el agua como principal agente de movilizacin.

La continua bsqueda del hombre en el aprovechamiento de los recursos naturales, es parte inherente al desarrollo y bienestar de la poblacin, adquiriendo cada uno de estos recursos especial relevancia. As en el caso del saneamiento del agua residual es posible encontrar una diversidad de soluciones para un mismo problema, debiendo plantearse alternativas que se conjuguen en base a criterios que tienden a optimizar la calidad funcional y costo, que al fin se transforman en puntos claves que permiten enfrentar el manejo y toma de decisiones.

1.1.- GENERALIDADES SOBRE EL AGUA

El agua es uno de los recursos naturales fundamentales y junto con el aire, la tierra y la energa constituye los cuatro recursos bsicos en que se apoya el desarrollo de los seres vivos.

La importancia de la calidad del agua ha tenido un lento desarrollo. Hasta finales del siglo XIX no se reconoci el agua como origen de numerosas enfermedades infecciosas. Hoy en da, la importancia tanto de la cantidad como de la calidad del agua est fuera de toda duda.

El agua es uno de los compuestos ms abundantes de la naturaleza y cubre aproximadamente las tres cuartas partes de la superficie terrestre. Sin embargo, en contra de lo que pudiera parecer, diversos factores limitan la disponibilidad de agua para uso humano. Ms del 97 % del agua total del planeta se encuentra en los ocanos y otras masas salinas, y no estn disponibles para casi ningn propsito. Del 3 % restante, por encima del 2 % se encuentra en estado slido, hielo, resultando prcticamente inaccesible. Por tanto, se puede terminar diciendo que para el hombre y sus actividades industriales y agrcolas, slo resta un 0.62 % que se encuentra en lagos, ros y aguas subterrneas. La cantidad de agua disponible es ciertamente escasa, aunque mayor problema es an su distribucin irregular en el planeta (Fuente: Depuracin de aguas residuales, Dr. Aurelio Hernndez M.)

El uso de los recursos naturales provoca un efecto sobre los ecosistemas de donde se extraen y en los ecosistemas en donde se utilizan. El caso del agua es uno de los ejemplos ms claros: un mayor suministro de agua significa una mayor carga de aguas residuales; teniendo en cuenta, que el hombre como principal responsable de la conservacin, tambin influye sobre el ciclo del agua de dos formas distintas, bien directamente mediante extraccin de las mismas y posterior vertido de aguas contaminadas como se ha dicho, o bien indirectamente alterando la vegetacin y la calidad de las aguas.

1.2.- AGUAS RESIDUALES

La contaminacin acta sobre el medio ambiente acutico alterando el equilibrio de los diversos ecosistemas. Aunque el hombre no es un ser acutico, depende vitalmente de ste medio, por lo cual utiliza el agua con su contaminacin la que es difcil de eliminar.

No se pretende afirmar que antes de llegar el hombre con su tecnologa, el agua era pura. An despus de la aparicin del hombre, tuvieron que pasar muchos aos antes de que hubiera ningn cambio en el ambiente. Cuando las poblaciones empezaron a verter sus desechos en ros y lagos fue cuando las aguas se empezaron a deteriorar.

Desde el punto de vista de las fuentes de generacin, se puede definir el agua residual como la combinacin de los residuos lquidos, o aguas portadoras de residuos, procedentes tanto de residencias como de instituciones pblicas y establecimientos industriales y comerciales, a los que puede agregarse, eventualmente, aguas subterrneas, superficiales y aguas lluvia.

Si se permite la acumulacin y estancamiento de agua residual, la descomposicin de la materia orgnica que contiene puede conducir a la generacin de grandes cantidades de gases malolientes. Por esto, la evacuacin inmediata y sin molestias del agua residual de sus fuentes de generacin, seguida de su tratamiento y eliminacin, es no slo deseable sino tambin necesaria en toda sociedad industrializada.

1.3.- SITUACIN ACTUAL Problema de los vertidos industriales: El nmero de industrias que vierten residuos a las redes de alcantarillado aumenta notablemente con el tiempo. Se est replanteando la validez de la prctica general de combinar vertidos industriales (pretratados) con vertidos domsticos debido a los efectos txicos que a menudo generan los residuos industriales, incluso cuando su presencia se da en concentraciones muy bajas. Se est estudiando la posibilidad de tratar ambos tipos de vertido por separado, o bien exigir un tratamiento ms avanzado de los vertidos industriales antes de caer en colectores de aguas domsticas, con el fin de que no produzcan dao alguno.

Impacto de las aguas lluvias y las fuentes no localizadas de contaminacin: A medida que va aumentando el nmero de plantas con tratamiento secundario o avanzado, aumenta la importancia de las aguas lluvia y fuentes no localizadas de contaminacin (aguas que provienen de zonas de regado y que pueden contener abonos, fertilizantes, etc.) en la calidad de los cursos de agua. Vertido de caudales de colectores unitarios: El vertido de caudales de las redes de alcantarillado de tipo unitario, est considerado como un problema difcil y complejo que es preciso resolver, especialmente en el caso de las ciudades ms antiguas. El vertido de grandes caudales puede tener un efecto importante en la calidad del agua, y puede impedir que se alcancen los objetivos establecidos. El control de ste fenmeno puede conducir a importantes modificaciones en los sistemas de recogida de las aguas, contemplando la posibilidad de la construccin de depsitos que puedan absorber parte de los caudales, o la adopcin de medidas e instalaciones de tratamientos adicionales, los cuales a la vez conforman una elevada inversin. Operaciones de tratamiento, procesos y conceptos: Actualmente la mayora de las operaciones y procesos empleados en el tratamiento de aguas residuales estn siendo sometidos a una continua e intensa investigacin, tanto desde el punto de vista de ejecucin como de aplicacin de los mismos. Como consecuencia de ello se han desarrollado nuevas operaciones y procesos de tratamiento y se han llevado a cabo muchas modificaciones en los procesos y operaciones existentes con el objetivo de conseguir su adecuacin a los crecientes y rigurosos requerimientos que se establecen para la mejora ambiental de los cursos de agua. Adems de las innovaciones y mejoras de los mtodos de tratamiento convencionales, se estn investigando y desarrollando mtodos y tecnologas alternativas, como puede ser el caso del uso de plantas acuticas. La aparicin de mtodos de tratamiento y caracterizacin de aguas residuales ms avanzadas depende de los buenos resultados obtenidos siguiendo ambas lneas de investigacin (Fuente: Depuracin de aguas residuales, Dr. Aurelio Hernndez M.). Problemtica de la salud pblica y del medio ambiente: La preocupacin por la salud pblica y el medio ambiente est desempeando un papel cada vez ms importante en la eleccin y diseo tanto de la red de alcantarillado como de las plantas de tratamiento, siendo los olores unas de las preocupaciones ambientales ms serias. Efectividad de los procesos de tratamiento: Debido al cumplimiento de las cada vez ms exigentes normativas sobre vertidos, ser necesario el diseo de plantas de tratamiento ms modernas cuya explotacin y mantenimiento sean ms sencillos. Los costos de explotacin y mantenimiento desempean un papel importante.

Plantas pequeas y sistemas individuales de tratamiento: En el ltimo tiempo el inters por los sistemas de tratamiento de pequeo tamao se ha visto opacado por la construccin y explotacin de grandes estructuras. Las plantas de pequeo tamao se haban concebido, con frecuencia, como simples modelos a escala reducida de grandes plantas. Como consecuencia de ello, muchas consumen gran cantidad de energa, e incurren en elevados gastos de explotacin con los cuales sera posible el funcionamiento de otras plantas ms grandes.

2.- CAUDALES y CARACTERSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES

En este captulo se tratarn los caudales de las aguas residuales ms importantes para la eleccin del diseo y posterior proyeccin de las instalaciones, al igual que las caractersticas que identifican las aguas en su grado de contaminacin como el estudio necesario para su determinacin.

2.1.- CAUDALES DE AGUAS RESIDUALES

La determinacin de los caudales de agua residual a eliminar de una determinada poblacin es fundamental a la hora de proyectar las instalaciones para su recogida, tratamiento y evacuacin. Para obtener un diseo adecuado a las necesidades, es preciso conocer datos sobre los caudales que se quieren tratar. En aquellos casos en que stos datos sean escasos o inexistentes, es preciso estimarlos partiendo de otras fuentes de informacin, como puede ser el caso de los datos sobre consumo de agua.

2.1.1.- COMPOSICIN DE LOS CAUDALES DE AGUAS RESIDUALES

La composicin de los caudales de aguas residuales de un sector depende en gran medida del sistema de recogida que se emplee, y puede incluir los siguientes componentes:

Agua residual domstica o sanitaria: Procedente de zonas residenciales o instalaciones comerciales, pblicas y similares. Agua residual industrial: Agua residual en la cual predominan vertidos industriales.

Infiltracin y aportaciones incontroladas: Agua que entra tanto de manera directa como indirecta en la red de alcantarillado. La infiltracin hace referencia al agua que penetra en el sistema a travs de juntas defectuosas, fracturas y grietas o paredes porosas. Las aportaciones incontroladas corresponden a aguas lluvias que se descargan a la red por medio de alcantarillado de aguas lluvias, bajadas de aguas lluvias y tapas de cmaras de inspeccin. Aguas lluvias: Agua resultante del escurrimiento superficial. Para la evacuacin de las aguas residuales y aguas lluvia se emplean tres tipos de redes de alcantarillado: redes sanitarias, de aguas lluvia y unitarias. En los casos en los que se recoge por separado las aguas residuales (red sanitaria) y las aguas lluvia (red de aguas lluvia), los caudales de aguas residuales estn compuestos por agua residual domstica, agua residual industrial e infiltracin y aportaciones incontroladas. En los casos en que se emplea una nica red de alcantarillado (red unitaria), se debe aadir las aguas lluvia a estos tres componentes. En ambos casos los porcentajes atribuibles a cada uno de los componentes dependen de las caractersticas particulares de la zona y de la poca del ao.

En las zonas dotadas de red de alcantarillado, la determinacin de los caudales se lleva a cabo, normalmente, a partir de series histricas o de datos obtenidos en aforos por medicin directa. Para las redes de nueva construccin, los caudales correspondientes se obtienen del anlisis de los datos de poblacin y las dotaciones de agua previstas, as como a partir de estimaciones de los caudales de agua residual per cpita en poblaciones de caractersticas similares.

En aquellos casos en los que no es posible medir directamente los caudales de aguas residuales y no se dispone de series histricas de los mismos, los datos sobre el abastecimiento de agua potable pueden resultar de ayuda para estimar los caudales de aguas residuales.

2.1.2.- AGUA PARA USO PUBLICO

Normalmente se suele dividir el uso pblico del agua en cuatro categoras:

- USO DOMESTICO

Comprende el agua abastecida a zonas residenciales, comercios e instituciones y espacios recreacionales y se mide a partir de medidores individuales.

Zonas residenciales: Los usos a los que se destina incluyen el agua que se bebe, la usada para la limpieza, higiene, evacuacin de residuos y regado de jardines y zonas verdes particulares.

Comercios: El agua consumida para fines higinicos y sanitarios depende en gran medida del tipo de actividad que se desarrolla, como por ejemplo el consumo de una oficina comparado con el consumo de un restaurante.

Instituciones: El agua que se consume en hospitales, colegios y residencias se mide normalmente en base a alguna medida del tamao y servicio que se presta, como por ejemplo el consumo de un colegio comparado con el de un internado.

Espacios recreacionales: Instalaciones tales como piscinas, camping, centros tursticos y clubes deportivos incluyen usos de agua de diversa ndole.

- USO INDUSTRIAL

La cantidad de agua con que se abastecen las industrias para su uso en los diferentes procesos de produccin presenta una gran variabilidad. Las industrias grandes consumidoras de agua, como las refineras las qumicas y las conserveras, suelen abastecerse al margen de las redes pblicas de abastecimiento de agua (pozos). En cambio, industrias cuyas necesidades y consumos son bastante menores, como las dedicadas a productos de tecnologa, si se abastecen a travs de las redes pblicas.

- SERVICIO PUBLICO

El agua destinada a servicios pblicos representa el menor de los componentes del uso pblico del agua, e incluye el abastecimiento de los edificios pblicos, las bocas de incendios, la irrigacin de reas verdes y el mantenimiento de infraestructuras.

- PERDIDAS EN LA RED Y FUGAS

Con este trmino se engloban los usos y conexiones no autorizados, las lecturas y calibraciones incorrectas de los medidores mal dimensionados y los sistemas de control inadecuados. Las fugas se producen debido al envejecimiento de la red, calidad de los materiales de construccin y falta de mantenimiento.

2.1.3.- FACTORES QUE AFECTAN EL USO PUBLICO DEL AGUA

Existen ciertos factores, los cuales, marcan de alguna u otra manera la cantidad de agua consumida en una poblacin. Clima: La temperatura y las precipitaciones pueden afectar de manera considerable a los valores de los consumos. Debido fundamentalmente al aumento en las necesidades de riego, el consumo se maximiza en pocas secas y con altas temperaturas

Tamao de la poblacin: No afecta tan slo a los valores de consumo por habitante sino tambin a los consumos mximos. Los consumos presentan mayores variaciones respecto al consumo medio cuanto menor es el tamao de la poblacin.

Densidad: En cuanto a la estructura de la vivienda ( unifamiliar, conjuntos habitacionales y departamentos), influye tanto en los consumos interiores y exteriores. Las viviendas unifamiliares suelen tener ms aparatos consumidores de agua, en cambio, el consumo exterior es menor en los bloques de departamentos y conjuntos habitacionales que en las viviendas unifamiliares, principalmente por la menor necesidad de riego. Nivel econmico: El nivel econmico y adquisitivo de una poblacin tambin afecta al consumo del agua, y en consecuencia, al caudal de agua residual que genera. El consumo de agua y el caudal residual son mayores cuanto mayor es el nivel de vida, aumento que puede ser debido, al mayor uso de aparatos que consumen agua.

Fiabilidad y calidad del servicio: Un servicio de calidad y que sea fiable favorece el consumo de agua. Un servicio pobre, en trminos de escasez o falta de presin en periodos secos, de mal sabor o con alto contenido en minerales, puede derivar en un menor consumo de agua.

Economa del agua: Se puede dar de diferentes maneras: la introduccin de restricciones en casos de emergencia, como las sequas, para conseguir una reduccin de consumo a corto plazo; o la implantacin de programas de actuacin de largo alcance para conseguir la reduccin permanente del consumo.

Redes de servicios dotadas de medidores: El cobro a los usuarios de redes de distribucin dotadas con medidores se lleva a cabo normalmente en funcin del agua consumida, donde el hecho de introducir medidores y hacer las facturas en base a tarifas prefijadas evita de manera indirecta el despilfarro por parte de los usuarios de la red, tendiendo a reducir el consumo.

Fluctuaciones en el consumo de agua: Es importante conocer los consumos medios, pero tambin las fluctuaciones en el consumo. El consumo mximo se presenta generalmente en los meses de verano, para satisfacer las necesidades de riego de calles y jardines.

Agua de abastecimiento que llega a las alcantarillas: Una parte importante del agua abastecida no llega a la red de alcantarillado, ya sea por su uso en procesos de produccin, irrigacin de reas verdes, mantenimiento de infraestructuras, apagado de incendios, etc.

2.1.4.- ORIGEN Y CAUDALES DE LAS AGUAS RESIDUALES

Son varias las fuentes de generacin que dan origen a los caudales de aguas residuales, entre ellas estn las fuentes domsticas, industriales, infiltraciones y aportaciones incontroladas.

- ORIGEN Y CAUDALES DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS

Las zonas residenciales y los centros comerciales constituyen las principales fuentes de generacin de aguas residuales domsticas, aunque tambin debe tenerse en cuenta la importante contribucin que representan las instituciones pblicas y los espacios recreacionales.

Zonas residenciales: La determinacin de los caudales de agua residuales suele hacerse en base a la densidad de poblacin y a la contribucin de las aguas residuales por habitante. En grandes zonas residenciales es aconsejable realizar las estimaciones en funcin a la superficie que ocupan y a las densidades de poblacin previstas. En caso de que sea posible es conveniente basarse en datos reales de zonas residenciales de caractersticas similares.

Zonas comerciales: La obtencin de los caudales de agua residual que se generan en las zonas comerciales se basa normalmente en la comparacin con datos de zonas existentes o de futura implantacin. Debido a esta gran variabilidad, no deberan escatimarse esfuerzos en la bsqueda de datos referentes a instalaciones similares.

Instituciones pblicas: Es conveniente hacer notar de nuevo, que los valores varan considerablemente en funcin de la regin, el clima, y el tipo de institucin. Referente al proyecto de instalaciones la mejor fuente de informacin es siempre la de centros existentes de similares caractersticas.

Espacios y centros de recreo: Los caudales que se generan en este tipo de instalaciones varan en funcin de la poca del ao, dado que su actividad es marcadamente de temporada.

- ORIGEN Y CAUDALES DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

Los caudales de aguas residuales no domsticas generadas en las diferentes industrias dependen del tipo y tamao del centro industrial, el grado de reutilizacin del agua y el pretratamiento que se d al agua utilizada, en el caso de que exista pretratamiento alguno. Para las industrias en las que no se reutiliza internamente el agua, se puede asumir que entre el 85% y 95% del agua empleada en los diversos procesos se convierte en agua residual, mientras que en las grandes industrias con sistemas de reutilizacin de aguas es preciso llevar a cabo estudios ms detallados (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

- INFILTRACIN Y APORTACIONES INCONTROLADAS

La infiltracin y las aportaciones incontroladas en algunos casos son constituyentes de importancia en los caudales de aguas residuales.

Infiltracin: Agua que entra en la red de alcantarillado a travs de tuberas defectuosas, juntas, conexiones entre elementos de la red y paredes de los pozos de registro.

Aportaciones permanentes: Agua proveniente del drenaje de stanos y cimentaciones, circuitos de refrigeracin y drenaje de zonas pantanosas y manantiales. Este tipo de aportaciones permanentes pueden ser medidas e incluidas como parte de la infiltracin.

Aportaciones directas: Incluyen las aportaciones del escurrimiento superficial a la red sanitaria, circunstancia que provoca el aumento casi instantneo de los caudales de agua residuales. Los posibles orgenes son los bajadas de aguas lluvia, drenajes de terrazas y patios, tapas de cmaras de inspeccin y conexiones incorrectas entre alcantarilla de aguas lluvia y de aguas residuales.

Total de aportaciones incontroladas: Son la suma de las conexiones directas en cualquier punto de la red y la suma de todos los caudales recogidos en la red aguas arriba de ese punto, ya sea gracias a desbordamientos, bypasses de estaciones de bombeo o similares.

Aportaciones retardadas: Aguas lluvia cuyo drenaje e incorporacin a la red de alcantarillado se produce al cabo de unos das despus de las precipitaciones

- VARIACIONES EN LOS CAUDALES DE AGUA RESIDUAL

Las variaciones de los caudales dependen tanto de la hora que transcurra del da, de la poca del ao o de alguna otra naturaleza como por ejemplo variaciones internas en industrias.

Variaciones a corto plazo: En las primeras horas de la maana, en las que el consumo de agua es mnimo, tambin son mnimos los caudales que se registran, caudales compuestos fundamentalmente por aguas infiltradas y pequeas cantidades de agua residual domstica.

Variaciones estacionales: Las variaciones estacionales en los caudales de aguas residuales ocurren especialmente en zonas tursticas, pequeas localidades con colegios y universidades y en zonas en las que tanto las actividades comerciales e industriales se concentran en diferentes pocas del ao. La variacin depende tanto de la actividad que se desarrolla como del tamao de la localidad.

Variaciones industriales: Es difcil predecir la distribucin en el tiempo de los caudales residuales de origen industrial, pues aunque las industrias generan caudales aproximadamente constantes, stos pueden variar notablemente si se produce el cierre temporal de una fbrica, o se decide limpiar una instalacin o renovar el agua de los circuitos internos. Los vertidos industriales son especialmente problemticos en plantas de tratamiento de pequeo tamao, en las que la capacidad de absorber descargas instantneas es bastante limitada.

- CAUDALES DE DISEO

Caudal medio diario: Es el caudal medio en 24 horas obtenido a partir de los datos de todo el ao. Los caudales medios se emplean para la determinacin de la capacidad de una planta de tratamiento y para obtener los caudales de diseo. Tambin se puede emplear para evaluar los costos de bombeo, inversin en productos qumicos, volumen de lodos y carga orgnica.

Caudal mximo diario: Mximo caudal en 24 horas obtenido a partir de los datos anuales de explotacin. Es de especial inters en el proyecto de elementos que contemplan un cierto tiempo de retencin, como puede ser el caso de tanques de homogeneizacin o de cloracin.

Caudal punta horario: Es el caudal horario punta que se da en un periodo de 24 horas, obtenido a partir de los datos de explotacin anuales. Es de inters para el diseo de colectores, estaciones de bombeo de aguas residuales, medidores de caudal de aguas residuales, desarenadores, tanques de sedimentacin, tanques de cloracin, y conducciones y canales de una planta de tratamiento.

Caudal mnimo diario: Es el caudal mnimo registrado en 24 horas a partir de los datos de explotacin. Conocerlo es importante para el diseo de conducciones en las que se pueda producir sedimentacin cuando circulan caudales pequeos.

Caudal mnimo horario: Es el caudal horario permanente mnimo que se presenta en un periodo de 24 horas, obtenido a partir de datos anuales. La informacin sobre caudales horarios mnimos es necesario para determinar posibles efectos sobre algunos procesos y para el dimensionamiento de caudalmetros, especialmente de aquellos que controlan los sistemas de adicin de reactivos. En algunas plantas, tales como la de filtros percoladores, se precisa la recirculacin del efluente tratado para mantener el proceso durante periodos en los que el caudal afluente es bajo. Los caudales mnimos son importantes en el bombeo de las aguas residuales, con objeto de asegurar la adecuacin de los grupos motobomba a los caudales que hay que bombear.

Caudal permanente: Es el caudal cuyo valor persiste o es excedido durante un nmero especificado de das consecutivos, obtenido a partir de datos anuales. La informacin sobre los caudales permanente es til para el dimensionamiento de tanques de regulacin y otros elementos hidrulicos de la planta.

2.2.- CARACTERSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES

El conocimiento de la naturaleza del agua residual es fundamental para elaboracin del proyecto y explotacin de las infraestructuras tanto de recogida como de tratamiento y evacuacin de las aguas residuales, as como para la gestin de la calidad medioambiental. Las aguas residuales se caracterizan por su composicin fsica, qumica y biolgica. En la tabla 2.1 se muestran las principales propiedades fsicas del agua as como sus principales constituyentes qumicos y biolgicos y su procedencia. En la tabla 2.2 se describen los contaminantes de inters en el tratamiento del agua residual. Las normas que regulan los tratamientos secundarios estn basadas en las tasas de eliminacin de la materia orgnica, slidos en suspensin y patgenos presentes en el agua residual. Las normas recientes son ms exigentes en lo que se refiere al control de la eliminacin de nutrientes y de contaminantes prioritarios.

2.2.1.- CARACTERSTICAS FSICAS DEL AGUA RESIDUAL

Las caractersticas fsicas ms importantes del agua residual son el contenido total de slidos, trmino que engloba la materia en suspensin, la materia sedimentable, la materia coloidal y la materia disuelta. Otras caractersticas importantes son el olor, la temperatura, la densidad, el color y la turbiedad.

CaractersticasProcedencia

Propiedades fsicas

ColorAguas residuales domsticas e industriales, degradacin natural de materia orgnica.

OlorAgua residual en descomposicin, residuos industriales.

SlidosAgua de suministro, aguas residuales domsticas e industriales, erosin del suelo, infiltracin y conexiones incontroladas.

TemperaturaAguas residuales domsticas e industriales.

Constituyentes qumicos

Orgnicos:

Carbohidratos, grasas y aceitesAguas residuales domsticas, comerciales e industriales

PesticidasResiduos agrcolas

FenolesVertidos industriales

ProtenasAguas residuales domsticas, comerciales e industriales

Contaminantes prioritariosAguas residuales domsticas, comerciales e industriales

Agentes tensoactivosAguas residuales domsticas, comerciales e industriales

Compuestos orgnicos voltilesAguas residuales domsticas, comerciales e industriales

OtrosDegradacin natural de materia orgnica

Inorgnicos:

AlcalinidadAguas residuales domsticas, agua de suministro, infiltracin de agua subterrnea

ClorurosAguas residuales domsticas, agua de suministro, infiltracin de agua subterrnea

Metales pesadosVertidos industriales

NitrgenoResiduos agrcolas y aguas residuales domsticas

pHAguas residuales domsticas, comerciales e industriales

FsforoAguas residuales domsticas, comerciales e industriales y aguas de escorrenta

Contaminantes prioritarios

AzufreAgua de suministro, aguas residuales domsticas e industriales

Gases:

Sulfuro de hidrgeno y metanoDescomposicin de residuos domsticos

OxgenoAgua de suministro , infiltracin de agua superficial

Constituyentes biolgicos

Animales y plantasCursos de agua y plantas de tratamiento

Protistas:

Eurobacterias y arqueobacteriasAguas residuales domsticas, infiltracin de agua superficial, plantas de tratamiento

VirusAguas residuales domsticas

TABLA 2.1.- Caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas del agua residual y sus procedencias. (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

ContaminantesRazn de la importancia

Slidos en suspensinLos slidos en suspensin pueden dar lugar al desarrollo de depsitos de lodo y de condiciones anaerobias cuando se vierte agua residual sin tratar el entorno acutico

Materia orgnica biodegradableCompuesta principalmente por protenas, carbohidratos, grasas animales, la materia orgnica biodegradable se mide, en la mayora de las ocasiones, en funcin de la DBO y de la DQO. Si se descargan al entorno sin tratar su estabilizacin biolgica, puede llegar al agotamiento de los recursos naturales de oxgeno y al desarrollo de condiciones spticas

PatgenosPueden transmitirse enfermedades contagiosas por medio de los organismos patgenos presentes en el agua residual

NutrientesTanto el nitrgeno como el fsforo, junto con el carbono son nutrientes esenciales para el crecimiento. Cuando se vierten al entorno acutico, estos nutrientes pueden favorecer el crecimiento de una vida acutica no deseada. Cuando se vierten al terreno en cantidades excesivas, tambin pueden provocar la contaminacin del agua subterrnea

Contaminantes prioritariosSon compuestos orgnicos o inorgnicos determinados en base a su toxicidad conocida. Muchos de estos compuestos se hallan presente en el agua residual

Materia orgnica refractariaEsta materia orgnica tiende a resistir los mtodos convencionales de tratamiento. Ejemplos tpicos son los agentes tensoactivos, los fenoles y los pesticidas agrcolas

Metales pesadosLos metales pesados son, frecuentemente, aadidos al agua residual en el curso de ciertas actividades comerciales e industriales, y puede ser necesario eliminarlos si se pretende reutilizar el agua residual

Slidos inorgnicos disueltosEl calcio, el sodio y los sulfatos se aaden al agua de suministro como consecuencia del uso del agua

TABLA 2.2.- Contaminantes de importancia en el tratamiento de agua residual. (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

Slidos totales: Corresponde a la materia que se obtiene como residuo despus de someter al agua a un proceso de evaporacin entre 103 y 105 C.(Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

Olores: Normalmente, los olores son debidos a los gases liberados durante el proceso de descomposicin de la materia orgnica. El agua residual reciente tiene un olor peculiar, algo desagradable, que resulta ms tolerable que el del agua residual sptica. El olor ms caracterstico del agua residual sptica es el debido a la presencia de sulfuro de hidrgeno que se produce por accin de microorganismos anaerobios. Las aguas residuales industriales pueden contener compuestos olorosos en s mismos, o compuestos con tendencia a producir olores durante los diferentes procesos de tratamiento.

Efectos de los olores: A bajas concentraciones, la influencia de los olores sobre el normal desarrollo de la vida humana tiene ms importancia por la tensin psicolgica que generan que por el dao que puedan producir al organismo. Los olores molestos pueden reducir el apetito, inducir a menores consumos de agua, producir desequilibrios respiratorios, nuseas y vmitos y crear perturbaciones mentales. En la tabla 2.3 se indican las principales clases de olores molestos y los compuestos que intervienen en su generacin. Todos estos compuestos pueden estar presentes en las aguas residuales domsticas o generarse a partir de ellas, dependiendo de las condiciones locales. Caracterizacin y medida de olores: Para la completa caracterizacin de un olor, se sugieren cuatro factores independientes: la intensidad, el carcter, la sensacin de desagrado, y la detectabilidad (Tabla 2.4). No obstante, hasta hoy en da, el nico factor que se ha tenido en cuenta en el desarrollo de normativas reguladoras de malos olores ha sido la detectabilidad.Compuestos olorososCalidad del olor

AminasA pescado

AmoniacoAmoniacal

DiaminasCarne descompuesta

Sulfuro de hidrgenoHuevos podridos

Metilo y etiloColes descompuestas

Butilo y crotiloMofeta

Sulfuros orgnicosColes podridas

EskatolMateria fecal

TABLA 2.3.- Compuestos olorosos asociados al agua residual. (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).FactorDescripcin

CarcterSe refiere a asociaciones mentales hechas por el sujeto al percibir el olor. La determinacin puede resultar muy subjetiva

DetectabilidadEl nmero de diluciones requeridas para reducir un olor a su concentracin de olor umbral mnimo detectable

SensacinLa sensacin de agrado o desagrado relativa a un olor sentido por un sujeto

IntensidadLa fuerza en la percepcin del olor, se puede medir con el olfatmetro de butanol o se calcula segn el nmero de diluciones hasta el umbral de deteccin cuando la relacin es conocida

TABLA 2.4.- Factores que caracterizan el olor. (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

Temperatura: La temperatura del agua residual suele ser siempre ms elevada que la del agua de suministro, hecho principalmente debido a la incorporacin de agua caliente procedente de las casas y de los diferentes usos industriales. La temperatura del agua es un punto muy importante dada su influencia, tanto sobre el desarrollo de la vida acutica como sobre las reacciones qumicas y velocidades de reaccin. Es preciso tener en cuenta que en un cambio brusco de temperatura puede conducir a un fuerte aumento en la mortalidad de la vida acutica. Adems, las temperaturas anormalmente elevadas pueden dar lugar a una indeseada proliferacin de plantas acuticas y hongos.

Densidad: Es una caracterstica fsica importante del agua residual dado que de ella depende la potencial formacin de corrientes de densidad en lodos de sedimentacin y otras instalaciones de tratamiento.

Color: Antiguamente, para la descripcin de un agua residual, se empleaba el trmino condicin junto con la composicin y la concentracin. Este trmino se refiere a la edad del agua residual, que puede ser determinada cualitativamente en funcin de su color y de su olor. El agua residual reciente suele tener un color grisceo. Sin embargo, al aumentar el tiempo de transporte en las redes de alcantarillado y al desarrollarse condiciones ms prximas a las anaerobias, el color del agua residual cambia gradualmente de gris a gris oscuro, para finalmente adquirir color negro. Llegado este punto, suele clasificarse el agua residual como sptica. Algunas aguas residuales industriales pueden aadir color a las aguas residuales domsticas. Turbiedad: La turbiedad, como medida de las propiedades de transmisin de la luz de un agua, es otro punto que se emplea para indicar la calidad de las aguas vertidas o de las aguas naturales en relacin con la materia coloidal y residual en suspensin. La materia coloidal dispersa absorbe la luz impidiendo su transmisin. An as, no es posible afirmar que exista una relacin entre la turbiedad y la concentracin de slidos en suspensin de un agua no tratada. No obstante, si estn ligados la turbiedad y los slidos en suspensin en el caso de efluentes procedentes de la decantacin secundaria en el proceso de lodos activados.

2.2.2.- CARACTERSTICAS QUMICAS

El estudio de las caractersticas qumicas de las aguas residuales se aborda en los siguientes cuatro puntos: la materia orgnica, la medicin del contenido orgnico, la materia inorgnica y los gases presentes en el agua residual. El hecho de que la medicin del contenido en materia orgnica se realice por separado viene justificado por su importancia en la gestin de la calidad del agua y en el diseo de las instalaciones de tratamiento de aguas.

- MATERIA ORGNICASon slidos que provienen de los reinos animal y vegetal, as como de las actividades humanas relacionadas con la sntesis de compuestos orgnicos. Los compuestos orgnicos estn formados normalmente por combinaciones de carbono, hidrgeno y oxgeno, con la presencia, en determinados casos de nitrgeno. Tambin pueden estar presentes otros elementos como azufre, fsforo o hierro. Se puede clasificar en:

Protenas: Estn presentes en todos los alimentos de origen animal o vegetal cuando estos estn crudos. La composicin qumica de las protenas es muy compleja e inestable, pudiendo adoptar muchos mecanismos de descomposicin diferentes; algunas son solubles en agua, mientras que otras no lo son.

Hidratos de carbono: Ampliamente distribuidos por la naturaleza, incluyen azcares, almidones, celulosa y fibra de madera, compuestos todos ellos presenten en el agua residual. Los hidratos de carbono contienen carbono, oxgeno e hidrgeno. Algunos hidratos de carbono son solubles en agua, principalmente los azcares, mientras que otros, como los almidones, son insolubles.

Grasas, grasas animales y aceites: El trmino grasa, de uso extendido, engloba las grasas animales, aceites, ceras y otros constituyentes. La presencia de grasas y aceites en el agua residual puede provocar problemas tanto en la red de alcantarillado como en las plantas de tratamiento. Si no se elimina el contenido en grasas antes del vertido del agua residual, puede interferir con la vida biolgica en aguas superficiales y crear pelculas y acumulaciones de materia flotante desagradables.

Agentes tensoactivos: Estn formado por molculas de gran tamao, ligeramente solubles en agua, y que son responsables de la aparicin de espumas en las plantas de tratamiento y en la superficie de los cuerpos de agua receptores de los vertidos de agua residual. Durante el proceso de aireacin del agua residual se concentran en la superficie de las burbujas de aire creando una espuma muy estable. Los agentes tensoactivos estn formados principalmente por detergentes de usos domsticos e industriales. Componentes prioritarios: La eleccin de que contaminantes deben ser considerados como prioritarios se ha hecho en funcin de su relacin con procesos carcingenos, mutaciones, teratomas, o su alta toxicidad. Muchos de los contaminantes prioritarios de origen orgnico corresponden a compuestos orgnicos voltiles. En las redes de alcantarillado y plantas de tratamiento se pueden eliminar, transformar, generar o simplemente transportar, sin cambio alguno, los contaminantes prioritarios de origen orgnico. Compuestos orgnicos voltiles (COV): Normalmente se consideran aquellos compuestos orgnicos que tienen su punto de ebullicin, por debajo de los 100C. El vertido de estos compuestos a la red de alcantarillado y a las plantas de tratamiento, especialmente a las obras de cabecera de planta, tiene especial importancia por cuanto puede afectar directamente a la salud de los trabajadores de la red de alcantarillado o de las plantas de tratamiento.

Pesticidas y productos qumicos de uso agrcola: Los compuestos orgnicos que se hallan a nivel de traza, tales como pesticidas, herbicidas y otros productos qumicos de uso agrcola, son txicos para la mayor parte de las formas de vida y, por lo tanto, pueden constituir peligrosos contaminantes de las aguas superficiales. Estos productos no son constituyentes comunes de las aguas residuales, sino que suelen incorporarse a las mismas, fundamentalmente, como consecuencia del escurrimiento de campos agrcolas. - MEDIDA DEL CONTENIDO ORGNICO

A lo largo de los aos, se han ido desarrollando diferentes ensayos para la determinacin del contenido orgnico de las aguas residuales. En general, los diferentes mtodos pueden clasificarse en dos grupos, los empleados para determinar altas concentraciones de contenido orgnico, mayores de 1 mg/ l, y los empleados para determinar las concentraciones a nivel de traza, para concentraciones en el intervalo de los 0,001 mg/ a 1 mg/ l. El primer grupo incluye los siguientes ensayos de laboratorio: demanda bioqumica de oxgeno (DBO), demanda qumica de oxgeno (DQO) y carbono orgnico total (COT). Como complemento a estos ensayos de laboratorio se emplea la demanda terica de oxgeno (DteO).

Demanda bioqumica de oxigeno (DBO): El parmetro de contaminacin orgnica ms ampliamente empleado, aplicable tanto a aguas residuales como a aguas superficiales, es la DBO a 5 das (DBO5). La determinacin del mismo est relacionada con la medicin del oxgeno disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidacin bioqumica de la materia orgnica. Los resultados del ensayo de DBO5 se emplean para: determinar la cantidad aproximada de oxgeno que se requerir para estabilizar biolgicamente la materia orgnica presente, dimensionar las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, medir la eficacia de algunos procesos de tratamiento, y controlar el cumplimiento de las limitaciones a que estn sujetos los vertidos. A pesar de ser un sistema muy utilizado, posee algunas limitaciones tales como, la necesidad de disponer de una elevada concentracin de bacterias activas y aclimatadas que desarrollen el papel de inculo, la necesidad de un pretratamiento cuando haya residuos txicos y la necesidad de reducir el efecto de los organismos nitrificantes, el arbitrario y prolongado periodo de tiempo requerido para la obtencin de resultados, el hecho de que slo se midan los productos orgnicos biodegradables y, por ltimo, que el ensayo no tenga validez estequiomtrica una vez utilizada la materia soluble presente en la muestra.

Demanda qumica de oxgeno (DQO): Este ensayo se emplea para medir el contenido de materia orgnica tanto de las aguas naturales como de las residuales. En el ensayo, se emplea un agente qumico fuertemente oxidante en medio cido para la determinacin del equivalente de oxgeno de la materia orgnica que puede oxidarse, y a la vez, debe realizarse este proceso a altas temperaturas.

Carbono orgnico total (COT): Este es otro mtodo para medir el contenido orgnico del agua, especialmente indicado para pequeas concentraciones. Se lleva a cabo inyectando una cantidad conocida de la muestra en un horno a alta temperatura o en un medio qumicamente oxidante. Demanda terica de oxgeno (DteO): Normalmente, la materia orgnica de origen animal o vegetal presente en las aguas residuales, proviene de combinaciones de carbono, hidrgeno, oxgeno y nitrgeno. Los principales grupos de compuestos de este tipo presentes en las aguas residuales son, como ya se ha comentado, los hidratos de carbono, las protenas, los aceites y las grasas, y los productos de la descomposicin biolgica de estas sustancias.- MATERIA INORGNICA

Son varios los componentes inorgnicos de las aguas residuales y naturales que tienen importancia para la determinacin y control de la calidad del agua. Las concentraciones de las sustancias inorgnicas en el agua aumentan tanto por el contacto del agua con las diferentes formaciones geolgicas, como por las aguas residuales , tratadas o sin tratar, que a ella se descargan. Esta se puede clasificar en:

pH: El agua residual con pH inadecuado presenta dificultades de tratamiento con procesos biolgicos, y el efluente puede modificar las caractersticas naturales de los cursos de agua receptores, afectando la vida acutica.

Cloruros: Los cloruros que se encuentran en el agua natural proceden de la disolucin de suelos y rocas que los contengan y que estn en contacto con el agua. En el caso de aguas costeras, su presencia tambin es debida a la intrusin de aguas saladas. Otra fuente de cloruros es la descarga de aguas residuales domsticas, agrcolas e industriales a aguas superficiales.

Alcalinidad: La alcalinidad de un agua residual est provocada por la presencia de hidrxidos, carbonatos y bicarbonatos de elementos como el calcio, el magnesio, el sodio, el potasio o el amoniaco. La alcalinidad ayuda a regular los cambios de pH producidos por la adicin de cidos. Normalmente, el agua residual es alcalina, propiedad que adquiere de las aguas de tratamiento, el agua subterrnea y los materiales aadidos en los usos domsticos. La concentracin de alcalinidad en un agua residual es importante en aquellos casos en los que se empleen tratamientos qumicos y en la eliminacin biolgica de nutrientes. Nitrgeno: Los elementos nitrgeno y fsforo son esenciales para el crecimiento de protistas y plantas, razn por la cual reciben el nombre de nutrientes. Trazas de otros elementos, tales como el hierro, son necesarios para el crecimiento biolgico. No obstante, el nitrgeno y el fsforo son los nutrientes ms importantes. Fsforo: El fsforo tambin es esencial para el crecimiento de algas y otros organismos biolgicos. Debido a que en aguas superficiales tienen lugar nocivas proliferaciones incontroladas de algas, actualmente existe mucho inters en limitar la cantidad de compuestos de fsforo que alcanzan las aguas superficiales por medio de vertidos de aguas domsticas, industriales y a travs del escurrimiento natural. Azufre: Este se encuentra en el agua potable como en el agua residual. Para la sntesis de protenas, es necesario disponer de azufre, elemento que posteriormente ser liberado en el proceso de degradacin de las mismas. Compuestos txicos inorgnicos: El cobre, el plomo, la plata, el cromo, el arsnico y el boro son txicos en mayor o menor grado para los microorganismos, razn por la cual deben ser considerados en el tratamiento biolgico.

Metales pesados: Como constituyentes importantes de muchas aguas, tambin se encuentran cantidades, a nivel de traza, de muchos metales. Entre ellos podemos destacar el nquel, el manganeso, el plomo, el cromo, el cadmio, el cinc, el cobre, el hierro y el mercurio. Muchos de estos metales estn catalogados como contaminantes prioritarios. Algunos de ellos son imprescindibles para el normal desarrollo de la vida biolgica, y la ausencia de cantidades suficientes de ellos podra limitar el crecimiento de las algas, es por ello , que a menudo, resulta conveniente medir y controlar las concentraciones de dichas substancias.

- GASES

Los gases que con mayor frecuencia se encuentran en aguas residuales brutas son el nitrgeno, el oxgeno, el dixido de carbono, el sulfuro de hidrgeno, el amoniaco y el metano. Los tres primeros son gases de comn presencia en la atmsfera, y se encuentran en todas las aguas en contacto con la misma. Los tres ltimos proceden de la descomposicin de la materia orgnica presente en las aguas residuales. En el tratamiento de aguas servidas los ms importantes son:

Oxgeno disuelto: El oxgeno disuelto es necesario para la respiracin de los microorganismos aerobios, as como para otras formas de vida. Sin embargo, el oxgeno es slo ligeramente soluble en agua. Debido a que la velocidad de las reacciones bioqumicas que consumen oxgeno aumenta con la temperatura, los niveles de oxgeno disuelto tienden a ser ms crticos en las pocas estivales. El problema se agrava en los meses de verano, debido a que el caudal de los cursos de agua es generalmente menor, razn por la cual la cantidad total de oxgeno disponible es tambin menor. Dado que evita la formacin de olores desagradables en las aguas residuales, es deseable y conveniente disponer de cantidades suficientes de oxgeno disuelto.

Sulfuro de hidrgeno: Es un gas incoloro, inflamable, con un olor tpicamente caracterstico que recuerda al de huevos podridos. El ennegrecimiento del agua residual y del lodo se debe, generalmente, a la formacin de sulfuro de hidrgeno que se combina con el hierro presente para formar sulfuro ferroso u otros sulfuros metlicos. Metano: El principal subproducto de la descomposicin anaerobia de la materia orgnica del agua residual es el gas metano. El metano es un hidrocarburo combustible de alto valor energtico, incoloro e inodoro. Normalmente, no se encuentra en grandes cantidades en el agua residual, puesto que pequeas cantidades de oxgeno tienden a ser txicas para los organismos responsables de la produccin del metano. No obstante, en ocasiones, se produce metano como resultado de un proceso de descomposicin anaerobia que puede darse en depsitos acumulados en el fondo. En las plantas de tratamiento, el metano se genera en los procesos de tratamiento anaerobios empleados para la estabilizacin de los lodos de aguas residuales.

2.2.3.- CARACTERSTICAS BIOLGICAS

Es necesario tener un conocimiento claro de las caractersticas biolgicas de las aguas residuales. Se debe tener en cuenta los siguientes temas: principales grupos de microorganismos biolgicos presentes, tanto en aguas superficiales como residuales, as como aquellos que intervienen en los tratamientos biolgicos, y mtodos empleados para determinar la toxicidad de las aguas tratadas.

- MICROORGANISMOS

En la Tabla 2.5 se clasifican los principales microorganismos presentes tanto en aguas residuales como superficiales.

GrupoEstructura celularCaracterizacinMiembros representativos

EucariotasEucariotaMulticelular, con gran diferenciacin de las clulas y el tejido

Unicelular, con escasa o nula diferenciacin de tejidos Plantas de semilla, musgos, helechos, animales, vertebrados e invertebrados

Protistas: algas, hongos y protozoos

EubacteriasProcariotaQumica celular parecida a las eucariotasLa mayora de las bacterias

ArquebacteriasProcariotaQumica celular distintivaMetangenos, halfilos y termacidfilos

Tabla 2.5 Clasificacin de los microorganismos. (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

Bacterias: El papel que desempean las bacterias en los procesos de descomposicin y estabilizacin de la materia orgnica, tanto en el marco natural como en las plantas de tratamiento, es amplio y de gran importancia. Por ello, resulta imprescindible conocer sus caractersticas, funciones, metabolismo y proceso de sntesis. Hongos: Junto con las bacterias, los hongos son principales responsables de la descomposicin del carbono en la biosfera. Desde el punto de vista ecolgico los hongos presentan ciertas ventajas sobre las bacterias: pueden crecer y desarrollarse en zonas de baja humedad y en mbitos con pH bajos. Sin la colaboracin de los hongos en los procesos de degradacin de la materia orgnica, el ciclo del carbono se interrumpira en poco tiempo, y la materia orgnica empezara a acumularse. Algas: Las algas pueden presentar serios inconvenientes en las aguas superficiales, puesto que pueden reproducirse rpidamente cuando las condiciones son favorables. Este fenmeno, que se conoce con el nombre de crecimiento explosivo, puede conducir a que ros, lagos y embalses sean cubiertos por grandes colonias flotantes de algas. La presencia de algas afecta al valor del agua de abastecimiento, ya que puede originar problemas de olor y de sabor. La determinacin de la concentracin de algas en aguas superficiales se realiza tomando muestras por alguno de los mtodos conocidos y haciendo un recuento al microscopio.

Protozoos: Tienen una importancia capital, tanto en el funcionamiento de los tratamientos biolgicos como en la purificacin del curso de agua, ya que son capaces de mantener el equilibrio natural entre los diferentes tipos de microorganismos.

Plantas y animales: Las diferentes plantas y animales que tienen importancia son muy variados: desde los gusanos y los rotferos microscpicos hasta crustceos macroscpicos. El conocimiento de estos organismos resulta til a la hora de valorar el estado de lagos y corrientes, al determinar la toxicidad de las aguas residuales evacuadas al medio ambiente, y a la hora de determinar la efectividad de la vida biolgica en los tratamientos secundarios empleados para destruir los residuos orgnicos.

Virus: No tienen capacidad para sintetizar compuestos nuevos. En lugar de ello, invaden las clulas del cuerpo vivo que los acoge y reconducen la actividad celular hacia la produccin de nuevas partculas virales a costa de las clulas originales.

Organismos patgenos: Los organismos patgenos que se encuentran en las aguas residuales pueden proceder de desechos humanos que estn infectados o que sean portadores de una determinada enfermedad. Las principales clases de organismos patgenos presentes en las aguas residuales son: las bacterias, los virus, los protozoos y el grupo de los helmintos. Los organismos bacterianos patgenos que pueden ser excretados por el hombre causan enfermedades del aparato intestinal como la fiebre tifoidea y paratifoidea, la disentera, diarreas y clera.

- ENSAYOS DE TOXICIDAD

Los ensayos de toxicidad han sido empleados para diversos fines, que incluyen: constatacin de la aptitud de las condiciones ambientales para el desarrollo de las determinadas formas de vida acutica; establecimiento de concentraciones aceptables de los diferentes parmetros en las aguas receptoras (oxgeno disuelto, turbiedad, temperatura); estudio de la influencia de los parmetros de calidad del agua sobre la toxicidad de la misma; constatacin de la toxicidad de las aguas residuales para mltiples variedades de especies de peces marinos y de agua dulce; establecimiento de la sensibilidad relativa de un conjunto de organismos acuticos determinado a los efluentes y a los contaminantes habituales; determinacin del nivel de tratamiento de las aguas residuales necesario para alcanzar los lmites establecidos por la legislacin relativa al control de la contaminacin de aguas; determinacin de la efectividad de los procesos de tratamiento de aguas residuales; establecimiento de los lmites autorizados de descargas de efluentes; y determinacin del cumplimiento de la legislacin relativa a la conservacin de la calidad del agua. Estos ensayos proporcionan resultados tiles para la proteccin de la salud pblica y de la vida acutica frente al impacto causado por la descarga de contaminantes a las aguas superficiales.

3.- PROCESOS Y OPERACIONES UNITARIASPara una comprensin acabada del ciclo de purificacin al que es sometida el agua residual, los mtodos individuales suelen clasificarse en operaciones fsicas unitarias, procesos qumicos unitarios y procesos biolgicos unitarios, a pesar de que estas operaciones y procesos se utilizan conjuntamente en los distintos sistemas de tratamiento.

3.1.- MTODOS DE TRATAMIENTO

Los procesos y operaciones unitarias se combinan y complementan para dar lugar a diversos niveles de tratamiento de aguas. Tradicionalmente los trminos pretratamiento y/o primario se refiere a las operaciones fsicas unitarias; el trmino secundario se refiere a los procesos qumicos o biolgicos unitarios y se conoce con el nombre de tratamiento terciario o avanzado, a las combinaciones de los tres. Actualmente consiste, en primera instancia, en establecer el nivel de eliminacin de contaminantes (tratamiento) necesario antes de reutilizar o verter las aguas residuales al medio ambiente. A partir de esto, basndose en consideraciones fundamentales, es posible agrupar las diferentes operaciones y procesos unitarios necesarios para alcanzar el nivel de tratamiento adecuado.

En la tabla 3.1 se pueden ver los contaminantes mas importantes de las aguas residuales y las operaciones y procesos unitarios que se pueden emplear para eliminarlos.

3.1.1.- PRETRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES

El pretratamiento se define como el proceso de eliminacin de los constituyentes de las aguas residuales cuya presencia pueda provocar problemas de mantenimiento y funcionamiento de los diferentes procesos, operaciones y sistemas auxiliares.

ContaminanteOperacin Unitaria, proceso unitario o sistema De tratamiento

Slidos en suspensinDesbaste y dilaceracin

Desarenado

Sedimentacin

Filtracin

Flotacin

Adicin de polmeros

Coagulacin/sedimentacin

Sistemas naturales (evacuacin al terreno)

Materia orgnica biodegradableVariantes de lodos activados

Pelcula fija: filtros percoladores

Pelcula fija: biodiscos (RBC)

Variantes de lagunaje

Filtracin intermitente en arena

Sistemas fsico-qumicos

Sistemas naturales

Compuestos orgnicos voltilesArrastre por aire

Tratamiento de gases

Adsorcin en carbn

PatgenosCloracin

Hipocloracin

Cloruro de bromo

Ozonacin

Radiacin UV

Sistemas naturales

Nutrientes

NitrgenoVariantes de sistema de cultivo en suspensin con nitrificacin y desnitrificacin

Variantes de sistemas de pelcula fija con nitrificacin y desnitrificacin

Arrastre de amoniaco

Intercambio inico

Cloracin al breakpoint

Sistemas naturales

FsforoAdicin de sales metlicas

Coagulacin y sedimentacin con cal

Eliminacin biolgica del fsforo

Eliminacin biolgica-qumica del fsforo

Sistemas naturales

Nitrgeno y fsforoEliminacin biolgica de nutrientes

Materia orgnica refractariaAdsorcin en carbn

Ozonacin terciaria

Sistemas naturales

Metales pesadosPrecipitacin qumica

Intercambio inico

Sistemas de tratamiento por evacuacin al terreno

Slidos orgnicos disueltosIntercambio inico

Osmosis inversa

Electrodilisis

TABLA 3.1.- Operaciones y procesos unitarios utilizados para la eliminacin de la mayor parte de los contaminantes presentes en el agua residual. (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

3.1.2.- TRATAMIENTO PRIMARIO DE LAS AGUAS RESIDUALES

En el tratamiento primario se elimina una fraccin de los slidos en suspensin y de la materia orgnica del agua residual. Esta eliminacin suele llevarse a cabo mediante operaciones fsicas tales como el tamizado y la sedimentacin. El efluente del tratamiento primario suele contener una cantidad considerable de materia orgnica y una DBO alta.

3.1.3.- TRATAMIENTO SECUNDARIO

El tratamiento secundario de las aguas residuales esta principalmente encaminado a la eliminacin de los slidos en suspensin y de los compuestos orgnicos biodegradables, aunque a menudo se incluye la desinfeccin como parte del tratamiento secundario. Se define el tratamiento secundario convencional como la combinacin de diferentes procesos normalmente empleados para la eliminacin de estos constituyentes, e inclusive el tratamiento biolgico con lodos activados, reactores de lecho fijo, sistemas de lagunaje y la sedimentacin.

3.1.4.- TRATAMIENTO AVANZADO

El trmino tratamiento avanzado tiene diversas definiciones. Se define como tratamiento avanzado el nivel de tratamiento necesario, mas all del tratamiento secundario convencional, para la eliminacin de constituyentes de las aguas residuales que merecen especial atencin, como los nutrientes, los compuestos txicos y los excesos de materia orgnica o de slidos en suspensin. Adems de los procesos de eliminacin de nutrientes, otros procesos u operaciones unitarias que habitualmente emplean los tratamientos avanzados son la coagulacin qumica, floculacin y sedimentacin seguida de filtracin y carbn activado. Tambin se emplea el tratamiento avanzado para diversas posibilidades de reutilizacin de las aguas residuales para las cuales es preciso conseguir efluentes de alta calidad, como puede ser el caso del agua empleada para la refrigeracin industrial o para la recarga de aguas subterrneas. En trminos de calidad del efluente, algunos procesos de tratamiento natural (tambin llamado tratamiento en terreno) pueden resultar equivalentes al tratamiento avanzado de aguas residuales

3.1.5.- CONTROL Y ELIMINACIN DE NUTRIENTES

La eliminacin y control de los nutrientes presentes en el agua residual es importante por diversas razones:

Vertido a cuerpos de agua receptores confinados, en los que se pueda crear o acelerar los procesos de eutrofizacin.

Vertidos a cursos de agua en los que la nitrificacin pueda limitar los recursos de oxgeno o en los que puedan proliferar el arraigamiento de plantas acuticas.

Recarga de aguas subterrneas que puedan ser usadas, indirectamente, para el abastecimiento pblico de agua.

Los principales nutrientes contenidos en las aguas residuales son el nitrgeno y el fsforo y su eliminacin puede llevarse a cabo por procesos qumicos, biolgicos o una combinacin de ambos. En muchos casos, la eliminacin de nutrientes se realiza en combinacin con el tratamiento secundario; por ejemplo se pueden aadir sales metlicas en los tanques de aireacin para provocar la precipitacin del fsforo en el proceso de decantacin final, o se puede llevar a cabo un proceso de lodos activados que produzca un efluente nitrificado.

3.1.6.- TRATAMIENTO DE RESIDUOS TXICOS

En los vertidos industriales a las redes de alcantarillado, las concentraciones de contaminantes txicos suelen controlarse mediante pretratamientos especficos antes de su vertido a la red. En algunos casos, la eliminacin de las sustancias txicas se lleva a cabo en las plantas de tratamiento. Muchas de las sustancias txicas, como los metales pesados, se eliminan mediante algn tratamiento fsico qumico como la coagulacin qumica, floculacin, sedimentacin o filtracin. Tambin es posible eliminarlos parcialmente en los tratamientos secundarios. Las aguas residuales que contienen compuestos orgnicos voltiles se pueden tratar mediante adsorcin carbnica o arrastre con aire.

3.1.7.- TRATAMIENTO DE AGUAS PROCEDENTES DE VERTEDEROS DE LAS REDES DE ALCANTARILLADO UNITARIAS

Estas aguas consisten en grandes descargas intermitentes de aguas residuales que resultan de la mezcla de agua residual con aguas lluvia. Excepto en el caso de las primeras descargas, las concentraciones de los constituyentes importantes suelen ser menores que en aguas residuales domsticas o industriales.

El tratamiento de estas aguas suele centrarse en la eliminacin de los slidos en suspensin y de los organismos patgenos. La eliminacin de slidos en suspensin puede hacerse por sedimentacin o desarenado y la desinfeccin suele llevarse a cabo por cloracin.

3.1.8.- TRATAMIENTO DE LODOS

La mayor parte de los procesos de la tabla 3.1, antes mencionada, estn diseados para el tratamiento de la fraccin lquida del agua residual. Sin embargo el tratamiento de los lodos obtenidos del agua residual tiene un rol de igual o mayor importancia. Es por ello que tambin es necesario conocer los mtodos, procesos y operaciones unitarias que se emplean para tratar los lodos. Los principales mtodos que se emplean hoy en da se detallan en la tabla 3.2.

3.2.- DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESOS Y TRATAMIENTOS

Los diagramas de flujo de procesos son representaciones grficas de las combinaciones de las operaciones y los procesos unitarios que se emplean para alcanzar los objetivos especficos del tratamiento. El objetivo de este captulo es la descripcin de los principales elementos que hay que tener en cuenta para la eleccin de los diagramas de flujo de procesos. En la figura 3.1 se puede apreciar un ejemplo tpico de diagrama de flujo.

Proceso o

evacuacinOperacin unitaria, proceso unitario

o mtodo de tratamiento

Operaciones preliminaresBombeo de lodos

Trituracin de lodos

Almacenamiento y homogeneizacin de lodos

Desarenado de lodos

EspesamientoEspesamiento por gravedad

Espesamiento por flotacin

Centrifugacin

Espesamiento con filtros de banda

Espesamiento con tambor giratorio

EstabilizacinEstabilizacin con cal

Tratamiento trmico

Digestin anaerobia

Digestin aerobia

Compostaje

AcondicionamientoAcondicionamiento qumico

Acondicionamiento trmico

DesinfeccinPasteurizacin

Almacenamiento durante largos periodos de tiempo

DeshidratacinFiltro de vaco

Centrfuga

Filtro de banda

Filtro de prensa

Eras de secado

Lagunaje

Secado trmicoVariantes de horno de secado

Evaporador de efecto mltiple

Reduccin trmicaIncinerador de pisos

Incinerador de lecho fluidificado

Incineracin conjunta con residuos slidos

Oxidacin por va hmeda

Reactor vertical profundo

Evacuacin finalEvacuacin al terreno

Distribucin y comercializacin

Vertedero controlado

Lagunaje

Fijacin qumica

TABLA 3.2.- Mtodos de tratamiento y evacuacin de lodos. (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

agua residual lodo o slidos

FIGURA 3.1.- Diagrama de flujo tpico para un tratamiento de lodos activados. (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

3.3.- ELECCIN DE LOS PROCESOS DEL TRATAMIENTO

El anlisis y eleccin de los procesos de tratamiento que permitan cumplir con los rendimientos de eliminacin establecidos en los permisos de vertido es uno de los aspectos mas interesantes del proyecto de una planta de tratamiento. La metodologa del anlisis de procesos que conduce a la eleccin de los procesos de tratamiento para una planta determinada, consta de diferentes pasos y evaluaciones que varan en funcin de la complejidad del proyecto.

- ELECCIN DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO

Uno de los factores mas importantes que hay que tener en cuenta en el proyecto de una planta es la eleccin de procesos compatibles con las variaciones de caudales y cargas que sean capaces de producir un efluente de calidad permanente y dentro los limites permitidos.

El tratamiento mnimo que debe llevarse a cabo debe incluir siempre el tratamiento primario y desinfeccin de la totalidad del caudal y el tratamiento secundario de una fraccin del mismo.

Los factores de mayor importancia en la valoracin y seleccin de los procesos y operaciones unitarios se exponen en la tabla 3.3.

FactorComentario

Potencial de aplicacin del procesoEl potencial de aplicacin de un proceso se evala en base a la experiencia anterior, datos de planta a escala industrial y en planta piloto. Si se presentan condiciones nuevas o no usuales, los estudios en planta piloto son fundamentales.

Intervalo de caudal aplicableEl proceso se debe corresponder con el intervalo de caudal esperado. Por ejemplo los estanques de estabilizacin no son adecuados para caudales elevados.

Variacin de caudal aplicableLa mayora de las operaciones y procesos unitarios trabajan mejor a caudal constante, a pesar de que pueden tolerar variaciones. Si la variacin de caudal es demasiado grande se necesitar regulacin.

Caractersticas del agua a tratarLas caractersticas del agua a tratar afectan a los tipos de proceso a utilizar y las exigencias para su adecuada explotacin.

Constituyentes inhibidores y no afectadosSe debe evaluar que constituyentes son parcialmente inhibidores y estn presentes, bajo que condiciones se manifiestan y cuales no se ven afectados por el tratamiento.

Limitaciones climticasLa temperatura afecta a la velocidad de reaccin en la mayora de los procesos qumicos y biolgicos y tambin puede afectar las operaciones fsicas.

EficaciaLa eficacia se suele medir en funcin de la calidad del efluente, que debe estar de acuerdo con las exigencias de la normativa de vertido efluentes.

Residuos del tratamientoSe hace necesario estimar los tipos y cantidades de residuos slidos, lquidos y gaseosos producidos.

Limitaciones ambientalesFactores como vientos predominantes, ncleos de poblacin en las proximidades pueden implicar restricciones, especialmente en el caso de los procesos que puedan generar olores.

TABLA 3.3.- Factores importantes que se deben tener en cuenta en la seleccin y evaluacin de operaciones y procesos unitarios. (Fuente, Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

- ANLISIS CINTICO EN LA ELECCIN DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO

El tratamiento de las aguas residuales se lleva a cabo en tanques o depsitos de diferentes tipos y formas bajo condiciones controladas. Las transformaciones qumicas o biolgicas tienen lugar en reactores y los productos de las reacciones suele separarse por decantacin. Cada planta de tratamiento debe contar como mnimo con un tipo de reactor para el tratamiento qumico o biolgico y, en la mayora de los casos, como mnimo, un decantador. Debido a que se trata de un factor clave en la eleccin de los procesos de tratamiento, debe prestarse mucha atencin a la cintica de las reacciones que se producen y a la eleccin del tipo de reactor.

Los recipientes, tanques y depsitos en los que tienen lugar las reacciones qumicas y biolgicas suelen recibir el nombre de reactores. Los principales tipos usados en el tratamiento de aguas residuales son:

Reactor de flujo discontinuo

Reactor de flujo en pistn

Reactor de mezcla completa

Reactores de mezcla completa conectados en serie

Reactor de flujo arbitrario o aleatorio

Reactor de lecho fijo

Reactor de lecho fluidificado

La clasificacin de los cinco primeros se basa en sus caractersticas hidrulicas. En esta clase de reactores suelen llevarse a cabo reacciones de tipo homogneo, mientras que las reacciones heterogneas suelen llevarse a cabo en reactores de las dos ltimas clases.

3.4.- OPERACIONES FSICAS UNITARIASLos mtodos de tratamiento en los que predomina la accin de las fuerzas fsicas se conoce como operaciones fsicas unitarias. Puesto que la mayora de estos mtodos han evolucionado directamente a partir de las primeras observaciones de la naturaleza por parte del hombre, fueron los primeros en ser aplicados al tratamiento de las aguas residuales. El desbaste, mezclado, floculacin, sedimentacin, flotacin, transferencia de gases y filtracin son operaciones unitarias tpicas.

3.4.1.- DESBASTE

La primera operacin unitaria que tiene lugar en las plantas de tratamiento es la operacin de desbaste, que consiste en la retencin de los slidos gruesos contenidos en el agua residual por medio de elementos separadores.

Los elementos separadores pueden ser tamices o rejas. El material separado por stos elementos recibe el nombre de basuras o residuos de desbaste.

Segn el mtodo de limpieza que se emplee, los tamices y rejas pueden ser de limpieza manual o automtica. Los elementos de uso mas frecuente en operaciones de desbaste son los que aparecen en la tabla 3.4.

- REJAS

En los procesos de tratamiento del agua residual, las rejas se utilizan para proteger bombas, vlvulas, conducciones y otros elementos contra los posibles daos y obturaciones provocados por la presencia de trapos y de objetos de gran tamao. Las plantas de tratamiento de aguas industriales pueden no precisar la instalacin de rejas, dependiendo de las caractersticas de los residuos. En la figura 3.2 se ilustra una reja tpica usada en plantas de tratamiento.

Tipo de

dispositivoSuperficie de desbasteAplicacin

Tamao Intervalo de paso (cm)Material

Reja de barrasGrueso1,5 3,75Acero, acero inoxidablePretratamiento

Tamices:

Inclinado (fijo)Medio0,025 0,25Malla de cua de acero inoxidableTratamiento primario

Inclinado (giratorio)Grueso0,075 x 0,225 x 5,0Placas de bronce o de cobre pulidoPretratamiento

Tambor (giratorio)Grueso0,25 0,50Malla de cua de acero inoxidablePretratamiento

Medio0,025 0,25Malla de cua de acero inoxidableTratamiento primario

Fino6 35 micrasMallas de polister y de acero inoxidableEliminacin de slidos en suspensin residuales secundarios

Disco giratorioMedio0,025 0,1Acero inoxidableTratamiento primario

Fino 0,0025 0,05Acero inoxidableTratamiento primario

CentrifugoFino0,005 0,05Acero inoxidable, polister y diversos tipos de telasTratamiento primario, tratamiento secundario con tanque de sedimentacin y eliminacin de slidos en suspensin residuales secundarios

TABLA 3.4.- Descripcin de los dispositivos de desbaste empleados en el tratamiento de aguas residuales. (Fuente, Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

FIGURA 3.2.- Reja autolimpiante tpica en sus tres fases de funcionamiento.(Fuente, Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

- TAMICES

Los primeros tamices eran de disco inclinado o de tambor y se empleaban como medio para proporcionar tratamiento primario, en lugar de tanques de sedimentacin. Su campo de aplicacin se extiende desde el tratamiento primario hasta la eliminacin de los slidos en suspensin residuales de los efluentes procedentes de los procesos de tratamiento biolgico. Los tipos principales de tamices se ilustran en la figura 3.3.

3.4.2.- HOMOGENIZACIN DE CAUDALES

La homogeneizacin del caudal es una medida que se emplea para superar los problemas de explotacin que estas variaciones provocan en las instalaciones y para mejorar la efectividad de los procesos de tratamiento aguas abajo. Esta operacin consiste, simplemente en amortiguar por laminacin las variaciones del caudal, con el objeto de conseguir un caudal constante o casi constante. Esta tcnica puede aplicarse en situaciones diversas, dependiendo de las caractersticas de la red de alcantarillado. Las principales aplicaciones estn concebidas para la homogenizacin de :

Caudales en tiempo seco

Caudales procedentes de redes de alcantarillado separativas en pocas lluviosas

Caudales procedentes de redes de alcantarillado unitarias, combinacin de aguas lluvia y aguas residuales sanitarias.

Las principales ventajas que produce la homogeneizacin de los caudales son los siguientes:

FIGURA 3.3.- Elementos de tamizado tpicos. (a) tamiz inclinado esttico autolimpiante (sin la cubierta), (b) tamiz de tambor rotatorio, (c) tamiz de disco giratorio, (d) tamiz centrfugo. (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

mejora del tratamiento biolgico, ya que eliminan o reducen las cargas de choque, se diluyen las sustancias inhibidoras y se consigue estabilizar el pH

mejora de la calidad del efluente y del rendimiento de los tanques de sedimentacin secundaria al trabajar con cargas de slidos constantes

Reduccin de las superficies necesarias para la filtracin del efluente, mejora de los rendimientos de los filtros y posibilidad de conseguir ciclos de lavado mas uniformes.

Aparte de la mejora de la mayora de las operaciones y procesos de tratamiento, la homogenizacin del caudal es una opcin alternativa para incrementar el rendimiento de las plantas de tratamiento que se encuentran sobrecargadas.

La localizacin de las instalaciones de homogeneizacin vara en funcin del tipo de tratamiento, de las caractersticas de la red de alcantarillado y de las del agua residual, siendo lo mas comn situar la homogenizacin despus del tratamiento primario y antes del biolgico, pues as se reducen los problemas originados por los lodos y las espumas.

3.4.3.- MEZCLADO

El mezclado es una operacin unitaria de gran importancia en muchas fases del tratamiento de aguas residuales, entre otras se puede citar:

Mezcla completa de una sustancia con otra

Mezcla de suspensiones lquidas

Mezcla de lquidos miscibles

Floculacin

Transferencia de calor

La mayor parte de las operaciones de mezclado relacionadas con el tratamiento de las aguas residuales puede clasificarse en continuas y rpidas continuas (30 segundos o menos). Estas ltimas suelen emplearse en los casos en los que debe mezclarse una sustancia con otra, mientras que las primeras tienen su aplicacin en aquellos casos en los que debe mantenerse en suspensin el contenido del reactor o del depsito. En la figura 3.4 se ilustran algunos dispositivos empleados para el mezclado en plantas de tratamiento de aguas servidas.3.4.4.- SEDIMENTACIN

La sedimentacin consiste en la separacin, por la accin de la gravedad, de partculas suspendidas cuyo peso especifico es mayor que el del agua. Es una de las operaciones unitarias ms utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales. Los trminos sedimentacin y decantacin se utilizan indistintamente.

Esta operacin se emplea para la eliminacin de arenas, de la materia en suspensin en flculo biolgico en los decantadores secundarios en los procesos de lodos activados y para la concentracin de slidos en los espesadores de lodo. En la mayora de los casos, el objetivo principal es la obtencin de un efluente clarificado, pero tambin es necesario producir un lodo cuya concentracin de slidos permita su fcil tratamiento y manejo.

En funcin de la concentracin y de la tendencia a la interaccin de las partculas, se pueden producir cuatro tipos de sedimentacin: discreta, floclenta, retardada (tambin llamada zonal), y por compresin. Es frecuente que durante el proceso de sedimentacin, esta se produzca por diferentes mecanismos en cada fase, y tambin es posible que los cuatro mecanismos de sedimentacin se lleven a cabo simultneamente.

FIGURA 3.4.- Agitadores tpicos. (a,b) agitador de hlice, (c) mezclador de turbina, (d) mezclador esttico en lnea, (e) mezclador de turbina en lnea (corte y elevacin en la direccin del flujo). (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

La sedimentacin tipo 1 o de partculas discretas, se refiere a la sedimentacin de partculas en una suspensin con baja concentracin de slidos. Las partculas sedimentan como entidades individuales y no existe interaccin sustancial con las partculas vecinas. Se presenta preferentemente en la eliminacin de las arenas del agua residual.

Sedimentacin tipo 2 o floculenta, se refiere a una suspensin bastante diluda de partculas que se agregan o floculan, durante el proceso de sedimentacin. Al unirse, las partculas aumentan de masa y sedimentan a mayor velocidad. Su aplicacin es en la eliminacin de una fraccin de los slidos en suspensin del agua residual bruta en los tanques de sedimentacin primaria, y en la zona superior de los decantadores secundarios. Tambin elimina los flculos qumicos de los tanques de sedimentacin.

En soluciones relativamente diluidas, las partculas no se comportan como partculas discretas sino que tienden a agregarse unas a otras durante el proceso de sedimentacin. Conforme se produce la floculacin, la masa de partculas va aumentando, y se deposita a mayor velocidad. La medida en que se desarrolle el fenmeno de floculacin depende de la posibilidad de contacto entre las diferentes partculas, que a su vez es funcin de la carga de superficie, profundidad de tanque, gradiente de velocidad del sistema, concentracin de partculas y de los tamaos de las mismas.

Sedimentacin tipo 3 o retardada, se refiere a suspensiones de concentracin intermedia, en las que las fuerzas entre partculas son suficientes para entorpecer la sedimentacin de las partculas vecinas. Las partculas tienden a permanecer en posiciones relativas fijas, y la masa de partculas sedimenta como

una unidad. Debido a la alta concentracin de partculas, el liquido tiende a ascender por los intersticios existentes entre aquellas. Como consecuencia de ello, las partculas que entran en contacto tienden a sedimentar en zonas o capas, manteniendo entre ellas las mismas posiciones relativas. Conforme van sedimentando las partculas, se produce una zona de agua relativamente clara por encima de la regin de sedimentacin. Las partculas dispersas, relativamente ligeras, que permanecen en esta regin sedimentarn como partculas discretas o floculadas. En la mayora de los casos, se presenta una interfase bien diferenciada entre la zona de sedimentacin discreta y la regin de sedimentacin retardada. La velocidad de sedimentacin de la zona 3 es funcin de la concentracin de slidos y de sus caractersticas. Este tipo de sedimentacin se presenta en los tanques de sedimentacin secundaria empleados en las instalaciones de tratamiento biolgico.

Sedimentacin tipo 4 o por compresin, se refiere a la sedimentacin en la que las partculas estn concentradas de tal manera que se forma una estructura, y la sedimentacin solo puede tener lugar como consecuencia de la compresin de

esta estructura. La compresin se produce por el peso de las partculas, que se van aadiendo constantemente a la estructura por sedimentacin desde el liquido sobrenadante. Se ha observado que la agitacin sirve para compactar el lodo en la regin de compresin, al promover la rotura de los flculos y la circulacin del agua. Los equipos de los tanques de sedimentacin incluyen rascadores de fondo para transportar el lodo y conseguir una mayor compactacin.

El fenmeno de sedimentacin ocurre cuando se introduce en un cilindro graduado una suspensin concentrada, con concentracin inicialmente uniforme, se esquematiza en la figura 3.5.

Para la eliminacin de arenas del agua residual se han desarrollado numerosos aparatos que aprovechan tanto la accin de las fuerzas gravitacionales, como la accin de la fuerza centrfuga y las velocidades inducidas. Los principios en los que se basa uno de estos aparatos, conocido como separador Teacup (separador en forma de taza de te, figura 3.6).

FIGURA 3.5.- Esquema de las zonas de sedimentacin para un lodo activado. (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

FIGURA 3.6.- Separador tipo teacup. (a) esquema general de una unidad tpica(b) esquema definitorio. (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

El agua residual se introduce tangencialmente cerca del fondo del cilindro y se extrae por la parte superior del mismo, tambin tangencialmente. La arena se extrae por una abertura dispuesta en el fondo del elemento. Dentro del separador, debido a que la parte superior esta cerrada, el flujo giratorio crea un vrtice libre.

Debido a la magnitud de la fuerza centrfuga en la proximidad de la abertura de salida de las arenas, algunas partculas quedarn retenidas en el interior del vrtice libre mientras que otras escapan con el flujo de salida del aparato. Este diferente comportamiento de las partculas depende de su tamao, densidad y resistencia al arrastre: las partculas de arena quedaran retenidas, mientras que las partculas orgnicas quedaran libres y saldrn del separador por la parte superior del mismo. Las partculas retenidas en el vrtice acabaran sedimentando debido a la accin de la fuerza de la gravedad. En algunas ocasiones tambin sedimentan algunas partculas orgnicas, que suelen ser aceites y grasas unidos a partculas de arena.

3.4.5.- FLOTACIN

La flotacin es una operacin unitaria que se emplea para la separacin de partculas slidas o lquidas de una fase lquida. La separacin se consigue introduciendo finas burbujas de gas, normalmente aire, en la fase lquida. Las burbujas se adhieren a las partculas y la fuerza ascensional que experimenta el conjunto partcula burbuja de aire hace que suban hasta la superficie del liquido. De esta forma, es posible hacer ascender a la superficie partculas cuya densidad es mayor que la del liquido, adems de favorecer la ascensin de las partculas cuya densidad es inferior, como en el caso del aceite en el agua.

En el tratamiento de aguas residuales, la flotacin se emplea para la eliminacin de la materia suspendida y para la concentracin de lodos biolgicos. La principal ventaja del proceso de flotacin frente al de sedimentacin consiste en que permite eliminar mejor y en menos tiempo las partculas pequeas o ligeras cuya deposicin es lenta. Una vez que las partculas se hallan en la superficie, pueden recogerse mediante un rascado superficial. La aplicacin prctica de la flotacin en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales urbanas se limita, en la actualidad, al uso del aire como agente responsable del fenmeno. Las burbujas se aaden, o se induce su formacin, mediante uno de los siguientes mtodos:

Inyeccin de aire en el lquido sometido a presin y posterior liberacin de la presin a que est sometido el lquido (Flotacin por aire disuelto).

Aireacin a presin atmosfrica (flotacin por aireacin).

Saturacin con aire a la presin atmosfrica, seguido de la aplicacin del vaco al liquido (flotacin por vaco).

En todos estos sistemas, es posible mejorar el grado de eliminacin y rendimiento mediante la introduccin de aditivos qumicos.

- FLOTACIN POR AIRE DISUELTO (FAD)En los sistemas FAD, el aire se disuelve en el agua residual sometindola a una presin de varias atmsferas y a continuacin se libera la diferencia hasta alcanzar la presin atmosfrica. En las instalaciones de pequeo tamao, se puede presurizar mediante una bomba la totalidad del caudal a tratar, aadindose aire comprimido en la tubera de aspiracin de la bomba.

El caudal se mantiene bajo presin en un caldern durante algunos minutos, para dar tiempo a que el aire se disuelva. A continuacin, al liquido presurizado se alimenta al tanque de flotacin a travs de una vlvula reductora de presin, lo cual provoca que el aire deje de estar en disolucin y que se formen diminutas burbujas distribuidas por todo el volumen del lquido.

En las instalaciones de mayor tamao, se recircula parte del efluente del proceso de FAD (entre el 15 y el 20 %), el cual se presuriza y se semisatura con aire.

El caudal recirculado se mezcla con la corriente principal sin presurizar antes de la entrada al tanque de flotacin, lo que provoca que el aire deje de estar en disolucin y entre en contacto con las partculas slidas a la entrada del tanque.

Las principales aplicaciones de la FAD se centran en el tratamiento de vertidos industriales y en el espesado de lodos. Un esquema del sistema de flotacin por aire disuelto se pude apreciar en la figura 3.7.

- FLOTACIN POR AIREACIN

En los sistemas de flotacin por aireacin, las burbujas de aire se introducen directamente en la fase lquida por medio de difusores o turbinas sumergidas. La aireacin directa durante cortos perodos de tiempo no es especialmente efectiva a la hora de conseguir que los slidos floten. La instalacin de tanques de aireacin no suele estar recomendada para conseguir la flotacin de las grasas, aceites y slidos presentes en las aguas residuales normales, pero ha resultado exitosa en el caso de algunas aguas residuales con tendencia a generar espumas, como en el caso de los alcantarillados unitarios.

- FLOTACIN POR VACO

La flotacin por vaco consiste en saturar de aire el agua residual de dos formas, una directamente en el tanque de aireacin y la otra permitiendo que el aire penetre en el conducto de aspiracin de una bomba. Al aplicar un vaco parcial, el aire disuelto abandona la solucin en forma de burbujas diminutas. Las burbujas y las partculas slidas a las que se adhieren ascienden entonces a la superficie para formar una capa de espuma que se elimina mediante un mecanismo de barrido superficial. La arena y dems slidos pesados, que se depositan en el fondo, se transportan hacia un cuenco central de lodos para su extraccin por bombeo.

FIGURA 3.7.- Esquema de los sistemas de flotacin por aire disuelto. (a) sin recirculacin, (b) con recirculacin. (Fuente: Ingeniera de aguas residuales, Metcalf & Eddy).

- ADITIVOS QUMICOS

Normalmente se suelen aadir determinados compuestos qumicos para facilitar el proceso de flotacin. En su mayor parte, estos reactivos qumicos funcionan de manera que crean una superficie o una estructura que permite absorber o atrapar fcilmente las burbujas de aire. Los reactivos qumicos inorgnicos, tales como las sales de hierro o de aluminio y la slice activada, se emplean para agregar las partculas slidas, de manera que se cree una estructura que facilite la absorcin de las burbujas de aire. Tambin se pueden emplear diversos polmeros orgnicos para modificar la naturaleza de las interfases aire lquido, slido lquido, o de ambas a la vez. Por lo general, estos compuestos actan situndose en la interfase para producir los cambios deseados.

3.4.6.- FILTRACIN EN MEDIO GRANULAR

A pesar de que la filtracin es una de las principales operaciones unitarias empleadas en el tratamiento del agua potable, la filtracin de efluentes procedentes de tratamiento de aguas residuales es una prctica relativamente