| Tratamiento
Analítico de las Aguas Servidas.
Jaime Miranda
Se define agua residual o agua servida como "una combinación de los líquidos y residuos arrastrados por el agua proveniente de casas, edificios comerciales, fabricas e instituciones junto a cualquier agua subterránea, superficial o pluvial que pueda estar presente". Las cuatro
fuentes de aguas residuales son: 1.Aguas domesticas o urbanas, 2.Aguas
residuales industriales, 3.Aguas de usos agrícolas, 4.Aguas
pluviales. Aunque la mayor parte de las aguas servidas (cerca del 90%)
provienen del uso domestico e industrial , la de usos agrícolas
y pluviales urbanas están adquiriendo cada día mayor importancia,
debido a que los escurrimientos de fertilizantes (fosfatos) y pesticidas
representan los principales causantes del envejecimiento de lagos y pantanos
proceso llamado eutrofización.
Clasificación de los Contaminantes del Agua Los contaminantes del agua se clasifican en tres categorías: 1.-Contaminantes Químicos, estos componen tanto productos químicos orgánicos como inorgánicos. El aspecto fundamental de la contaminación de productos orgánicos es la disminución del oxigeno como resultante de la utilización del existente en le proceso de degradación biológica, llevando con ello a un desajuste y a serias perturbaciones en el medio ambiente. En el caso de compuestos inorgánicos el resultado más importante es su posible efecto tóxico, mas que una disminución de oxigeno. Sin embargo, hay casos en los cuales los compuestos inorgánicos presentan una demanda de oxigeno, contribuyendo a la disminución del mismo. 2.-Contaminantes Físicos, estos incluyen:
Los contaminantes de las aguas residuales son normalmente una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos. Normalmente no es ni practico ni posible obtener un análisis completo de la mayoría de las aguas servidas. Es por esto
que las aguas residuales dependiendo de la cantidad de estos componentes
se clasifica en fuerte, media y débil. Debido a que la concentración
como la composición van variando con el transcurso de tiempo, con
los datos siguientes solo se pretende dar una orientación para la
clasificación de las aguas servidas.
Tabla 1
Otras formas de medir la calidad de las Aguas Análisis del pH La concentración del ion hidrogeno es un importante parámetro de calidad tanto para aguas naturales como aguas residuales. El intervalo de concentración para la existencia de la mayoría de la vida biológica es muy estrecho y critico. El agua industrial con una concentración adversa de ion de hidrogeno es difícil de tratar con métodos biológicos y si la concentración no se altera antes de la evacuación, el efluente puede alterar la concentración de las aguas naturales. El pH de los sistemas acuosos puede medirse convencionalmente con un pH-metro, así como se pueden utilizar indicadores que cambian de colora determinados valores de pH. pH=-log[H+] La alcalinidad
en el agua residual se debe a la presencia de hidroxilo, carbonatos y bicarbonatos
de elementos tales como calcio, magnesio, sodio, potasio o amoniaco, esta
alcalinidad la va adquiriendo del agua de suministro, del agua subterránea
y de materias añadidas durante el uso domestico. La concentración
de alcalinidad en el agua residuales importante deba efectuarse un tratamiento
químico o muestras en que se deba eliminar el amoniaco.
Ensayos Biológicos Otra forma de medir la toxicidad de las aguas residuales en lo que respecta a la vida biológica son los ensayos biológicos. La finalidad de estos especifica es:
Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO) La demanda bioquímica de oxigeno se usa como una medida de la cantidad de oxigeno requerido para la oxidación de la materia orgánica biodegradable presente en la muestra de agua y como resultado de la acción de oxidación bioquímica aeróbica, es por esto que este parámetro de polución sea tan utilizado en el tratamiento de las aguas residuales , ya que con los datos arrojados se pueden utilizar para dimencionar las instalaciones de tratamiento, medir el rendimiento de algunos de estos procesos. Con los datos de la DBO podrá así mismo calcularse la velocidad a la que se requerirá él oxigeno. La demanda de oxigeno de aguas residuales es resultado de tres tipos de materiales:
Método de Tratamiento : " Lodos Activados "
Los métodos
de tratamiento en los que predominan la aplicación de principios
físicos se conoce como Tratamiento Primario. Los métodos
de tratamiento en los que la eliminación de contaminantes se efectúa
por actividad química o biológica es conocido como Tratamiento
Secundario. Recientemente el Tratamiento Terciario o Avanzado se
ha aplicado a las operaciones o procesos utilizados para eliminar contaminantes
que no se han visto afectados por los tratamientos antes mencionados.
Tratamiento Primario Desbaste La primera operación unitaria en las plantas de tratamiento de aguas residuales es la operación de desbaste. Una rejilla es un dispositivo con aberturas uniformes utilizado para retener generalmente los sólidos de cierto tamaño que arrastran las aguas residuales. Estos dispositivos además sirven para proteger las bombas ,válvulas y otros elementos contra posibles daños y para evitar que se obstruyan por trapos o elementos de gran tamaño. Es por esto que las partículas mayores que loa 0.5 cm pueden eliminarse mediante desbaste, siendo esta la mas económica entre las operaciones unitarias. Otro mecanismo
utilizado frecuentemente son las trituradoras en lugar de rejillas. Estos
elementos rompen o desgarran los sólidos en suspensión retenidos
en las rejas.
Desarenadores La misión de los desarenadores es separar las arenas, la grasa, las cenizas y cualquier otro material pesado que tenga velocidad de sedimentación o peso especifico superior a la de los sólidos orgánicos putrescibles del agua residual.
Pretratamiento El pretratamiento consiste en eliminar la grasa y la espuma de las aguas residuales, antes de la sedimentación primaria, al objeto de mejorar su calidad. El pretratamiento se compone de:
La sedimentación es la separación de las partículas mas pesadas en el agua mediante acción de la gravedad. Es una de las operaciones unitarias mas utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales. Este tratamiento tiene como propósito fundamental obtener un efluente clarificado, pero también es necesario producir un fango con una concentración de sólidos que pueda ser tratado con facilidad. En algunos casos, la sedimentación es el único paso en el tratamiento que se somete el agua residual. En una planta típica de lodos activados la sedimentación se efectúa en tres pasos:
Sedimentación del tipo 1 Esta se
refiere a la sedimentación de partículas discretas en una
suspención de sólidos de concentración muy baja. Las
partículas se depositan como entidades individuales y no existe
interacción significativa con las partículas mas próximas.
Un ejemplo típico es una suspención de partículas
de arena. Este tipo de sedimentación también se le conoce
como sedimentación libre.
Sedimentación del tipo 2 Se refiere a una suspención diluida de partículas que se agregan, o floculan durante la sedimentación. Para determinar las características de sedimentación de una suspención de partículas puede utilizarse una columna de sedimentación, en los cuales los orificios de muestreo deben colocarse a una distancia alrededor de 0.5 mt. La solución con materia suspendida se introduce a la columna de tal modo que se produzca una distribución de los tamaños de las partículas en todo el tubo. La temperatura
durante el proceso es uniforme a lo largo de todo el ensayo, a fin de eliminar
las corrientes de convección. La sedimentación deberá
tener lugar en condiciones de reposo. A distintos intervalos de tiempo,
se retiran las muestras de los orificios y se analizan para ver el numero
de sólidos en suspensión.
*Columna de sedimentación
* Esquema de las regiones de sedimentación para un lodo activado
Sedimentación Zonal y por Compresión En los sistemas que tienen gran cantidad de sólidos en suspención, además de los otras tipos de sedimentación (tipo 1 y 2), suele producirse una sedimentación zonal y por compresión. Debido a las características hidráulicas del flujo alrededor de las partículas y de las fuerzas interparticulares, aquellas depositan como una zona o "en capa", manteniéndose la posición relativa entre ellas. Conforme esta zona va sedimentando se produce un volumen de agua relativamente clara por encima de la región de sedimentación zonal, consiste en un escalonamiento de concentración de sólidos a partir de la hallada en la región de sedimentación del tipo 2 hasta que se encuentren la región comprimida. A medida
que se prosigue la sedimentación, comienza a formarse en el fondo
del cilindro una capa de partículas comprimidas. Las partículas
de esta región forman aparentemente una estructura en la que existe
un contacto físico entre las mismas. Cuando se forma la capa de
compresión, las regiones que tienen las concentraciones de sólidos
cada ves menores que las halladas en la región de compresión
se van desplazando hacia la parte superior.
Tratamiento Biológico Los objetivos que persigue el tratamiento biológico del agua residual son la coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables y la estabilización de la materia orgánica. En el caso de:
Tratamiento Aeróbico de las Aguas Residuales Lodos Activados Este proceso es usado casi exclusivamente por las grandes ciudades, fue desarrollado en Inglaterra en 1914 por Andern y Lockett y fue llamado así por la producción de una masa activada de microorganismos capaz de estabilizar un residuo por vía aeróbica. En la actualidad se usan muchas versiones del proceso original, pero todas ellas son fundamentalmente iguales. En el proceso
de fangos activados un residuo se estabiliza biológicamente en un
reactor bajo condiciones aeróbicas. El ambiente aeróbico
se logra mediante el uso de aireación por medio de difusores o sistemas
mecánicos. Al contenido del reactor se le llama liquido mezcla.
Una vez que el agua residual ha sido tratada en el reactor, la masa biológica
resultante se separa del liquido en un tanque de sedimentación y
parte de los sólidos sedimentados son retornados al reactor; la
masa sobrante es eliminada o purgada puesto que si no fuera asila masa
de microorganismos continuaría aumentando hasta que el sistema no
pudiera dar cabida a más.
Importancia de los Microorganismos y bacterias Para proyectar correctamente el sistema de lodos activados es ver la importancia de los microorganismos dentro del sistema. En la naturaleza, el papel clave de las bacterias es el de descomponer la materia orgánica producida por otros organismos vivientes. En el proceso de lodos activados, las bacterias son los microorganismos mas importantes, ya que estos son la causa de descomposición de la materia orgánica del efluente. En el reactor parte de la materia orgánica del agua residual es utilizada por las bacterias aerobicas con el fin de obtener energía para la sintesis del resto de la materia organica en nuevas células. Otro tipo de microorganismos igualmente de importantes son los protozoos y rotiferos que actúan como depurificadores de los efluentes. Los protozoos consumen las bacterias dispersas que no han floculado y los rotiferos consumen partículas biológicas que no hallan sedimentado. En realidad solo parte del residuo original es verdaderamente oxidado a compuestos de bajo contenido energético tales como el NO3-2, SO4-2 y CO2 ; el resto es sintetizado en materia celular. Además de la materia orgánica, existen también compuestos inorgánicos que producen DBO. El compuesto mas importante es el amoniaco, ya que su presencia en el efluente de la planta puede estimular el descenso del oxigeno disuelto en la corriente receptora través del proceso biológico de nitrificación. El amoniaco se oxida biológicamente a nitrito y este es seguidamente oxidado por otro grupo de microorganismos a nitrato, que es el estado de oxidación final de los compuestos de nitrógeno y como tal representa su producto estabilizado.
La dependencia de la temperatura en la constante de la velocidad de la reacción biológica es muy importante a la hora de evaluar la eficacia total del tratamiento biológico. La temperatura no solo influye en las actividades metabólicas sino que tiene un profundo efecto en factores tales como las tasas de transferencias de gases y características de sedimentación de sólidos biológicos.
Reactor Anaerobico para el Tratamiento del Lodo.
Tratamiento Anaerobico de las Aguas Residuales El tratamiento anaerobico de las aguas residuales supone la descomposición de la materia orgánica y/o inorgánica en ausencia de oxigeno molecular. La mayor aplicación se halla en la digestión de los fangos de aguas residuales una vez concentrados, así como parte de residuos industriales. El modo mas usual de operar de una instalación de tratamiento anaerobico de fango concentrado es la utilización de un reactor de mezcla completa y mínima recirculación celular cuyo objeto es el calentamiento contenido en el tanque. El tiempo de detención del liquido del reactor oscila entre los 10 y 30 días, incluso mas, según opere el sistema. Los microorganismos causantes de la descomposición de la materia se dividen en dos grupos:
Tabla 2
Clorificación De todos les desinfectantes químicos este es el mas utilizado debido a que es altamente tóxico para una gran cantidad de microorganismos, es altamente soluble en agua, tiene una aptitud desodorizante y es un buen detergente además de la economía de este como su disponibilidad de grandes cantidades de este elemento. Los principales
usos del cloro y sus compuestos esta resumida en la siguiente tabla:
Tabla 3
Tabla 4
Tratamiento Avanzado de Aguas Residuales Muchas de las sustancias halladas en el agua residual se ven poco o nada afectadas por los procesos o operaciones y tratamientos convencionales. Estas sustancias van desde iones inorgánicos relativamente simples como el calcio, potasio, nitrato, sulfato y fosfato hasta un numero creciente de compuestos complejos orgánicos sintéticos. Aun el efecto de estas sustancias sobre el medio ambiente no se conoce bien, las exigencias de los tratamientos serán mas rigurosas en lo que refiere a la concentración tolerable de muchas de estas sustancias en el efluente de las plantas. En la siguiente
tabla se verán algunos componentes químicos típicos
que pueden hallarse en las aguas residuales y sus efectos.
El tratamiento
terciario o Avanzado es de gran interés hoy en día por la
necesidad de obtener mejor calidad en las aguas, por estos motivos se presentaran
algunos procesos utilizados con éxito en la actualidad o que parecen
mas prometedores o innovadores.
Destilación La destilación
es una operación es una operación unitaria en la que los
componentes de la solución liquida son separados mediante vaporización
y condensación del liquido.
Fraccionamiento de Espumas El fraccionamiento
de espumas significa la separación de la materia coloidal y suspendida
por flotación y de la materia orgánica disuelta por adsorción.
Cuando se burbujea aire en le agua residual se produce espuma o bien esta
es inducida por productos químicos. Casi todos los compuestos orgánicos
tienen actividad de superficie estos tienden a concentrarse en la interfaces
gas-liquido y se eliminan junto con la espuma.
Congelación La congelación
es una operación de separación similar a la destilación.
El agua es rociada en una cámara que funciona al vacío. Parte
del agua residual se evapora y el efecto refrigerante produce cristales
de hielo sin contaminantes en el liquido que queda. Seguidamente se extrae
el hielo y se funde por calor de la condensación de los vapores
de la fase de evaporización. En este procedimiento se ha utilizado
Butano y otros refrigerantes.
Intercambio Ionico El intercambio
ionico es un proceso en que los iones que se mantiene unidos a grupos funcionales
en la superficie del sólido por fuerzas electrostáticas se
intercambian por especies diferentes en disolución. Ya que la desmineralización
se puede llevar a cabo mediante intercambio ionico, es posible utilizar
procesos de tratamientos de corriente continua , en los que el parte del
agua residual del efluente se desmineraliza y se combina después
con parte del efluente que ha sido desviado del tratamiento para producir
un efluente de calidad especifica.
Tratamiento Electroquimico En este
proceso se mezcla el agua residual con agua de mar y se hace pasar célula
simple que contiene electrodos de carbón. En razón de las
densidades relativas del agua de mar y de la mezcla del agua de mar y residual,
la primera se acumula en la superficie del ánodo en la parte inferior
de la celular la ultima lo hace en la superficie del cátodo cerca
de la parte superior de la célula. La corriente eleva el pH en el
cátodo, precipitando con ello Fósforo y Amoniaco. Las burbujas
de hidrogeno generadas en el cátodo elevan el fango a la superficie,
donde es arrastrado y eliminado por métodos convencionales. El cloro
desarrollado en el anodo de la celda desinfecta el efluente y la mezcla
sobrante de agua residual-de mar es seguidamente vertida al mar.
Conclusión La Ingeniería Química es una base sólida y considerable para la entrada en el campo de las aguas residuales. El conocimiento de las cinéticas de las reacciones, análisis de sistemas, balances masicos... tienen especial valor para la corrección y tratamiento de las aguas residuales. Es por esto que la naturaleza multidiciplinaria de esta actividad ya que las personas con una sólida base en química deben abordar conocimientos complementarios como de microbiología debido a la gran importancia en los tratamientos biológicos de las aguas residuales así como de Hidráulica para poder observar temas tales como flujo de canales y modelos matemáticos que rigen estos fenómenos. Es por esto
que una persona que se quiera dedicarse al estudio de las aguas residuales
debe ser un ente multidiciplinario para poder así resolver las distintas
dificultades que le esperan en las distintas áreas de estudio.
Bibliografía
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |
