La depuración de las aguas residuales

Moruno, B., Grupo Bioindicación Sevilla (GBS. asociaciongbs@grupobioindicacionsevilla.com)15/01/2010
El agua es un recurso imprescindible en nuestra vida diaria y en cada uno de los ecosistemas que forman nuestro entorno. Por ello debemos preservarlo haciendo un uso sostenible y evitando su contaminación, ya que no solo es importante la abundancia de este recurso sino también su calidad. Para ello es de vital importancia el tratamiento de las aguas residuales que se producen tanto a nivel doméstico como las procedentes de procesos industriales. Este tipo de aguas suponen un problema medioambiental, ya que si fueran vertidas directamente a los cauces naturales del agua supondría un riesgo ecológico, debido a la alta carga de contaminación. Dicha carga alteraría el equilibrio de los ecosistemas a los que fueran vertidas estas aguas, dañando tanto la fauna como la flora presentes en nuestros ríos y mares.

Una investigación sobre calidad del agua en España realizado por Greenpeace en 2005 muestra que sólo el 11% de las aguas de los ríos españoles y el 16% de los acuíferos son de calidad aceptable, de acuerdo con los parámetros que fija la Directiva Marco del Agua de la Unión Europea. Greenpeace considera que la falta de depuración de las aguas, los vertidos y la sobreexplotación de la demanda son los principales causantes de la mala calidad del agua en España.

Es preciso que las aguas residuales sean transportadas y tratadas adecuadamente. Se necesita una infraestructura específica compuesta de alcantarillas y colectores, y de unas instalaciones denominadas Estaciones de Depuración de Aguas Residuales (EDAR) que permitan mejorar las condiciones de las aguas residuales para que puedan ser vertidas a los cauces naturales del agua. En estas estaciones mediante procesos físicos, químicos y biológicos se eliminan las sustancias contaminantes presentes en este tipo de aguas, obteniendo un efluente que en algunos casos puede ser reutilizado y en otros simplemente vertido a los ríos y mares sin causar daños significativos, contribuyendo a mantener el caudal ecológico en muchos ríos de las cuencas más secas de España.

La eficacia del proceso de tratamiento, tal como queda desarrollado en la figura 1, se expresa en términos de tanto por ciento de disminución de sólidos en suspensión y de DBO entre otros parámetros. La DBO es una medida de la cantidad de oxígeno disuelto consumido por los microorganismos para la oxidación de materia orgánica. Cuanto mayor es el nivel de materiales oxidables orgánicos, más elevada es la DBO y peor es la calidad del agua. El objetivo de la EDAR es reducir al máximo la DBO vertida al cauce.

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Figura 1. Esquema de una EDAR convencional (Fuente: Díptico informativo sobre depuración de aguas residuales. Emasesa).

En primer lugar el agua residual es sometida a un pretratamiento que consiste en eliminar los sólidos de mayor tamaño mediante rejas o filtros que retiran los elementos de gran tamaño. En este proceso, además de comenzar la limpieza del agua, se evita la obstrucción de las bombas y maquinarias presentes en la estación. Esto es primordial ya que estas aguas van cargadas con todo tipo de residuos, trapos, palos, hojas e incluso a veces aparecen objetos sorprendentes. Un simple vistazo a estas aguas nos haría reflexionar sobre las malas costumbres que tenemos de arrojar cierto tipo de desechos a través del inodoro o los distintos desagües presentes en nuestra vivienda.

En este paso el agua se somete a varios procesos como son:

  • Desbaste (Figura 2): se trata de la presencia de pozos de gruesos donde se eliminan los sólidos de mayor tamaño. También se usan rejas y tamices para separar estos sólidos de gran tamaño.
  • Desarenado: se eliminan los restos de arenas, ya sea por decantación natural o por separación por inyección de aire o centrifugado.
  • Desengrasado: eliminación de aceites y grasas en forma de espumas flotantes.

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Figura 2. Sistema de pretratamiento de la EDAR San Andrés. (Fuente: www.sisha.com).

Seguidamente el agua se somete a un tratamiento primario. Se entiende por tratamiento primario a aquel proceso o conjunto de procesos que tienen como misión la separación por medios físicos de las partículas en suspensión que no fueron eliminadas en el pretratamiento. En este paso se reducen en un 50-85% los sólidos en suspensión y en un 20% la DBO.

En plantas convencionales el tratamiento primario se realiza por decantación, es decir, los sólidos precipitan al fondo de la cuba similar a la de la figura 3 y un puente móvil con unas rasquetas en el fondo barre la cuba eliminando los sólidos decantados y los dirige a línea de fangos mediante purgas. También es posible eliminar sólidos mediante flotación, en este caso se eliminan sólidos con densidad parecida a la del agua mediante inyección de burbujas muy finas que hacen que estos sólidos floten en superficie.

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Figura 3. Decantador primario (Fuente:www.vreina.com)

El agua obtenida en este paso es conducida al tratamiento secundario o tratamiento biológico en el que nos vamos a centrar, ya que es aquí donde se reduce un 90% los sólidos en suspensión y en un 70-90% la DBO, obteniendo un agua de bastante calidad.

El efluente obtenido en el tratamiento primario se dirige al tratamiento secundario. Existen muchos tipos de tratamiento secundarios (fangos activos, aireación prolongada, lechos bacterianos, biodiscos...) pero el principio de funcionamiento es común. No obstante, éstos se pueden agrupar en tratamientos de biomasa suspendida y tratamientos de biomasa fija. En los primeros, la biomasa está suspendida en el medio acuático en contacto con la contaminación orgánica mediante agitación (fangos activos, aireación prolongada), mientras que en los segundos la biomasa se fija sobre un material. Este soporte se pone en contacto con el agua y la contaminación orgánica (lechos bacterianos, biodiscos).

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Figura 4.  Aspecto de la unidad básica de depuración, el flóculo. Muestra In vivo. 200x. Contraste de fases.

Uno de los sistemas más extendidos y eficaces de los anteriormente mencionados son los fangos activos. Estos consisten en desarrollar un cultivo de microorganismos que junto con la materia orgánica forman la unidad básica de estos sistemas: el flóculo, que podemos observar en la figura 4. La depuración en este paso se basa en la oxidación de la materia orgánica por parte de los microorganismos presentes en las cubas, esta oxidación se ve incrementada por el aporte de oxígeno mediante turbinas o difusores presentes en el interior de las balsas. La agitación evita sedimentos y homogeniza la mezcla de los flóculos y el agua residual y después de un tiempo de contacto suficiente, 5-10 horas, el licor de mezcla se envía a un clarificador o decantador secundario, destinado a separar el agua depurada de los fangos (Figura 5).

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Figura 5. Decantador secundario, se produce la separación de fangos. El rebosadero, permite la salida del agua depurada.

Un porcentaje de estos últimos se recirculan al depósito de aireación para mantener en el mismo una concentración suficiente de biomasa activa.

El estudio en profundidad del flóculo y de los microorganismos presentes en el sistema nos ayuda a conocer el estado de funcionamiento de la planta. Por un lado la estructura y compactación de los flóculos condicionará la sedimentación en el decantador, y por tanto la calidad del efluente. Un flóculo compacto sedimentará mejor, obteniendo un agua libre de fangos y por tanto de mejor calidad.

Por otro lado los microorganismos presentes, bacterias, protistas y pequeños metazoos, además de colaborar en la formación del flóculo y en el proceso de descontaminación, nos ayudan a conocer el nivel de depuración, ya que a través del estudio microscópico de las comunidades presentes en los fangos podemos obtener datos que nos indican la posible evolución del sistema. Estos organismos se denominan bioindicadores ya que suelen aparecer bajo unas condiciones concretas como puede ser deficiencia de oxígeno, de nutrientes, exceso de cargas, etc., por lo que nos alertan de posibles problemas, pudiendo así subsanar los errores operacionales en la planta y evitando deterioros en el caudal vertido. Podemos ver algunos de estos organismos en la Figura 6.

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Figura 6: Distintos géneros de protistas, presentes en fangos activos con buenas calidades de depuración.

Aunque, como ya hemos visto, estos organismos nos pueden ayudar a detectar a tiempo determinados problemas, a veces son estos mismos los que debido a un crecimiento excesivo son los causantes de ciertos problemas. Algunas de estas situaciones son el bulking filamentoso, el bulking viscoso, las espumas, etc. Estos fenómenos pueden ser frecuentes en las depuradoras y provocan problemas de sedimentación del fango produciéndose en algunos casos vertidos de aguas de mala calidad a los cauces naturales del agua. Existen varios métodos de control de este fenómeno, aunque la herramienta más importante para el técnico explotador, es detectar el problema con antelación mediante estudios microscópicos.

Siguiendo el recorrido del agua, tras obtener el efluente de esta etapa, éste se somete a un tratamiento terciario, que puede consistir en un proceso biológico, físico-químico que utiliza la precipitación, filtración y/o la cloración para reducir drásticamente los niveles de nutrientes inorgánicos, especialmente los fosfatos y nitratos del efluente final. Este tratamiento no está presente en todas las depuradoras, pero será obligatorio su implantación a partir de 2012, en aquellas zonas con riesgo de eutrofia, ya que el vertido de aguas cargadas de nitrógeno y fósforo a los ríos está produciendo un proceso de eutrofización, es decir, un crecimiento anormal de algas, plantas acuáticas y microorganismos de diferentes clases en algunas zonas más sensibles de nuestros ríos. Esto ejerce una fuerte demanda de oxígeno, la cual afecta negativamente la vida de los peces y tiene un impacto negativo en el uso de esa agua.

Finalmente el agua de salida puede tener diversos usos, a esta agua se le llama agua regenerada y es uno de los grandes beneficios de la depuración ya que reincorpora importantes volúmenes de agua al ciclo hidrológico.

En España existe poca implantación de este tipo de aprovechamiento, nos encontramos en duodécimo lugar, delante de Estados Unidos, Japón o Australia (Escobar, 2007). La reutilización de las aguas a gran escala se realiza mediante riego en agricultura y es frecuente en regiones áridas y semiáridas como el sureste español. (Lopez-Castellanos, J et al, 2008).

Además de la línea de aguas, en estas estaciones de tratamiento existe una línea de fangos (Figura 1) ya que a través de este proceso tanto en la decantación primaria como en la secundaria obtenemos fangos por sedimentación que siguen paralelamente un tratamiento para eliminar su capacidad de fermentación y deshidratarlos reduciendo así su volumen. Los fangos producidos en las depuradoras tienen usos alternativos como es su aprovechamiento agrícola para abono o bien propuestas más actuales como la fabricación de ecobrick o ladrillos refractarios.

Podemos resumir, que la depuración de las aguas residuales persigue una serie de objetivos entre los que se encuentran:

  • Reducir al máximo la contaminación de los cauces naturales del agua, protegiendo así el medio ambiente.
  • Aprovechar los residuos obtenidos, haciendo un uso más sostenible de los recursos hidráulicos.

Debemos ser conscientes que cada uno de nosotros formamos parte de este proceso, ya que las características de los residuos presentes en las aguas residuales influyen en el tiempo, coste económico y en la calidad de la depuración, por lo que está a nuestro alcance cambiar ciertas costumbres y saber desechar adecuadamente los residuos para facilitar este proceso. Por ejemplo los aceites y grasas que son tirados en cualquier parte sin tomar en cuenta las precauciones para su manejo representan dos de los principales contaminantes que deterioran nuestro medio ambiente ya que un litro de aceite usado es capaz de contaminar un millón de litros de agua.

Y no sólo es importante la correcta separación de los residuos, sino también un uso responsable del agua, ya que con el simple hecho cotidiano de darnos un baño, tirar de la cadena o dejar abierto el grifo mientras nos aseamos estamos condenando cientos de litros de agua, en la mayoría de los casos potables, a convertirse en aguas residuales lo que constituye una importante pérdida económica y energética.

Bibliografía:

  • Emasesa. Díptico informativo sobre depuración de aguas residuales.
  • Escobar, D. (2007).La reutilización de agua depurada en España. Situación actual, marco legislativo y casos ejemplares. Ecosostenible, 26:14-24.
  • Gil Rodríguez, M. (2006). Depuración de aguas residuales: Modelización de procesos de lodos activos. CSIC. Madrid
  • Lopez-Castellanos García; Torres Rojo, J.C. (2008). Aspectos ambientales de la reutilización de aguas regeneradas. Tecnología del agua. 297:54-58.
  • Roncero, J.M.; Andrés, M.; Pardo, J.E. Reutilización de aguas residuales depuradas. Tecnología del agua. Junio 2008. 297: 48-53
  • www.sisha.com
  • www.vreina.com