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Tratamiento de aguas residuales
SinónimoPlanta de tratamiento de aguas residuales (EDAR), planta de recuperación de agua
Antena de la planta de tratamiento de aguas residuales de Marlborough East.JPG
Planta de tratamiento de aguas residuales en Massachusetts , EE. UU.
Posición en la cadena de saneamientoTratamiento
Nivel de aplicaciónCiudad, barrio [1]
Nivel de manejoPúblico
EntradasAguas negras (residuos) , aguas residuales [1]
SalidasLodos de depuradora , efluentes [1]
TiposLista de tecnologías de tratamiento de aguas residuales (no todas se utilizan para aguas residuales)
Preocupaciones ambientalesContaminación del agua (si el nivel de tratamiento es bajo), problemas de eliminación de lodos de aguas residuales

El tratamiento de aguas residuales es el proceso de eliminar los contaminantes de las aguas residuales municipales , que contienen principalmente aguas residuales domésticas más algunas aguas residuales industriales . Los procesos físicos, químicos y biológicos se utilizan para eliminar contaminantes y producir aguas residuales tratadas (o efluentes tratados ) que son lo suficientemente seguros para su liberación al medio ambiente. Un subproducto del tratamiento de aguas residuales es un residuo o lodo semisólido, llamado lodo de aguas residuales . El lodo debe someterse a un tratamiento adicional antes de ser apto para su eliminación o aplicación a la tierra.

El tratamiento de aguas residuales también puede denominarse tratamiento de aguas residuales . Sin embargo, este último es un término más amplio que también puede referirse a las aguas residuales industriales. Para la mayoría de las ciudades, el sistema de alcantarillado también llevará una proporción de efluente industrial a la planta de tratamiento de aguas residuales que generalmente ha recibido un pretratamiento en las fábricas para reducir la carga contaminante. Si el sistema de alcantarillado es un alcantarillado combinado , también llevará la escorrentía urbana (aguas pluviales) a la planta de tratamiento de aguas residuales. Las aguas residuales pueden viajar hacia las plantas de tratamiento a través de tuberías y en un flujo asistido por gravedad y bombas . La primera parte de la filtración de aguas residuales generalmente incluye una pantalla de barra.para filtrar sólidos y objetos grandes que luego se recolectan en basureros y se eliminan en vertederos. La grasa y la grasa también se eliminan antes del tratamiento primario de las aguas residuales.

Terminología [ editar ]

El término "planta de tratamiento de aguas residuales" (o "obras de tratamiento de aguas" en algunos países) es hoy en día a menudo se sustituye por el término tratamiento de aguas residuales planta de estación o el tratamiento de aguas residuales. [2]

Las aguas residuales se pueden tratar cerca de donde se crean las aguas residuales, lo que puede llamarse un sistema "descentralizado" o incluso un sistema "in situ" (en tanques sépticos , biofiltros o sistemas de tratamiento aeróbico ). Alternativamente, las aguas residuales pueden recolectarse y transportarse mediante una red de tuberías y estaciones de bombeo a una planta de tratamiento municipal. Esto se llama un sistema "centralizado" (ver también alcantarillado y tuberías e infraestructura ).

Orígenes de las aguas residuales [ editar ]

Artículo principal: Aguas residuales

Las aguas residuales son generadas por establecimientos residenciales, institucionales, comerciales e industriales. Incluye los desechos domésticos líquidos de inodoros , baños , duchas , cocinas y fregaderos que desembocan en las alcantarillas . En muchas áreas, las aguas residuales también incluyen desechos líquidos de la industria y el comercio. La separación y el drenaje de los desechos domésticos en aguas grises y aguas negras se está volviendo más común en el mundo desarrollado, y las aguas grises tratadas están permitidas para su uso en plantas de riego o recicladas para inodoros.

Mezcla de aguas residuales con agua de lluvia [ editar ]

Las aguas residuales pueden incluir escorrentías de aguas pluviales o escorrentías urbanas . Los sistemas de alcantarillado capaces de manejar aguas pluviales se conocen como sistemas de alcantarillado combinados . Este diseño era común cuando se desarrollaron por primera vez los sistemas de alcantarillado urbano, a fines del siglo XIX y principios del XX. [3] : 119 Las alcantarillas combinadas requieren instalaciones de tratamiento mucho más grandes y más caras que las alcantarillas sanitarias . Grandes volúmenes de escorrentía de tormentas pueden abrumar el sistema de tratamiento de aguas residuales, causando un derrame o desbordamiento. Las alcantarillas sanitarias suelen ser mucho más pequeñas que las alcantarillas combinadas y no están diseñadas para transportar aguas pluviales. Pueden producirse acumulaciones de aguas residuales sin tratar si hay una infiltración / entrada excesiva(dilución por aguas pluviales y / o subterráneas) se permite en un sistema de alcantarillado sanitario. Las comunidades que se han urbanizado a mediados del siglo XX o más tarde generalmente han construido sistemas separados de alcantarillado (alcantarillado sanitario) y aguas pluviales, porque las precipitaciones provocan flujos muy variables, lo que reduce la eficiencia de la planta de tratamiento de aguas residuales. [4]

A medida que la lluvia viaja sobre los techos y el suelo, puede recoger varios contaminantes, incluidas partículas del suelo y otros sedimentos , metales pesados , compuestos orgánicos , desechos animales y aceite y grasa . Algunas jurisdicciones requieren que las aguas pluviales reciban algún nivel de tratamiento antes de descargarlas directamente en las vías fluviales. Ejemplos de procesos de tratamiento utilizados para aguas pluviales incluyen cuencas de retención , humedales , bóvedas enterradas con varios tipos de filtros de medios y separadores de vórtice (para eliminar sólidos gruesos). [5]

Efluente industrial [ editar ]

Artículo principal: tratamiento de aguas residuales industriales

En los países desarrollados altamente regulados, los efluentes industriales generalmente reciben al menos un pretratamiento, si no un tratamiento completo, en las propias fábricas para reducir la carga contaminante, antes de descargarlos al alcantarillado. Este proceso se denomina tratamiento o pretratamiento de aguas residuales industriales . Lo mismo no se aplica a muchos países en desarrollo donde es más probable que el efluente industrial ingrese al alcantarillado si existe, o incluso al cuerpo de agua receptor, sin tratamiento previo.

Las aguas residuales industriales pueden contener contaminantes que no pueden eliminarse mediante el tratamiento de aguas residuales convencional. Además, el flujo variable de residuos industriales asociado a los ciclos de producción puede alterar la dinámica poblacional de las unidades de tratamiento biológico, como el proceso de lodos activados .

Pasos del proceso [ editar ]

Resumen [ editar ]

La recolección y el tratamiento de aguas residuales en los Estados Unidos generalmente están sujetos a regulaciones y estándares locales, estatales y federales.

El tratamiento de las aguas residuales tiene como objetivo producir un efluente que hará el menor daño posible cuando se descargue al medio ambiente circundante, evitando así la contaminación en comparación con la liberación de aguas residuales no tratadas al medio ambiente. [6]

El tratamiento de aguas residuales generalmente involucra tres etapas, llamadas tratamiento primario, secundario y terciario.

  • El tratamiento primario consiste en mantener temporalmente las aguas residuales en un recipiente inactivo donde los sólidos pesados ​​pueden depositarse en el fondo mientras que el aceite, la grasa y los sólidos más livianos flotan hacia la superficie. Los materiales sedimentados y flotantes se eliminan y el líquido restante puede descargarse o someterse a un tratamiento secundario. Algunas plantas de tratamiento de aguas residuales que están conectadas a un sistema de alcantarillado combinado tienen una disposición de derivación después de la unidad de tratamiento primaria. Esto significa que durante eventos de lluvias muy intensas, los sistemas de tratamiento secundario y terciario se pueden desviar para protegerlos de la sobrecarga hidráulica, y la mezcla de aguas residuales y aguas pluviales solo recibe tratamiento primario.
  • El tratamiento secundario elimina la materia biológica disuelta y suspendida. El tratamiento secundario lo realizan típicamentemicroorganismos autóctonos transmitidos por el agua en un hábitat gestionado. El tratamiento secundario puede requerir un proceso de separación para eliminar los microorganismos del agua tratada antes de la descarga o el tratamiento terciario.
  • El tratamiento terciario se define a veces como algo más que un tratamiento primario y secundario para permitir la eyección en un ecosistema muy sensible o frágil (estuarios, ríos de bajo caudal, arrecifes de coral ...). El agua tratada a veces se desinfecta química o físicamente (por ejemplo, mediante lagunas y microfiltración ) antes de descargarla en un arroyo , río , bahía , laguna o humedal , o se puede utilizar para el riego de un campo de golf, vía verde o parque. Si está suficientemente limpio, también se puede utilizar para la recarga de aguas subterráneas o con fines agrícolas.
Diagrama de flujo de proceso simplificado para una planta de tratamiento típica a gran escala
Diagrama de flujo de proceso para una planta de tratamiento típica a través de humedales artificiales de flujo subterráneo (SFCW)

Pretratamiento [ editar ]

El pretratamiento elimina todos los materiales que se pueden recolectar fácilmente de las aguas residuales antes de que dañen u obstruyan las bombas y las líneas de aguas residuales de los clarificadores de tratamiento primario . Los objetos que se eliminan comúnmente durante el pretratamiento incluyen basura, ramas de árboles y otros objetos grandes.

El afluente en las aguas residuales pasa a través de una pantalla de barras para eliminar todos los objetos grandes como latas, trapos, palos, paquetes de plástico, etc., transportados en la corriente de aguas residuales. [7]Esto se hace más comúnmente con una pantalla de barra rastrillada mecánicamente automatizada en plantas modernas que sirven a grandes poblaciones, mientras que en plantas más pequeñas o menos modernas, se puede usar una pantalla limpia manualmente. La acción de rastrillado de una pantalla de barra mecánica se regula típicamente de acuerdo con la acumulación en las pantallas de barra y / o la tasa de flujo. Los sólidos se recogen y luego se eliminan en un vertedero o se incineran. Se pueden usar pantallas de barras o pantallas de malla de diferentes tamaños para optimizar la eliminación de sólidos. Si no se eliminan los sólidos en bruto, se arrastran por las tuberías y partes móviles de la planta de tratamiento y pueden causar daños sustanciales e ineficiencia en el proceso. [8] : 9

Eliminación de arenilla [ editar ]

La arena se compone de arena, grava, cenizas y otros materiales pesados. También incluye materia orgánica como cáscaras de huevo, astillas de huesos, semillas y posos de café. El pretratamiento puede incluir un canal o cámara de arena o arenilla, donde la velocidad de las aguas residuales entrantes se ajusta para permitir el asentamiento de arena y arenilla. La remoción de arena es necesaria para (1) reducir la formación de depósitos pesados ​​en tanques de aireación, digestores aeróbicos, tuberías, canales y conductos; (2) reducir la frecuencia de limpieza del digestor causada por acumulaciones excesivas de arena; y (3) proteger el equipo mecánico en movimiento contra la abrasión y el desgaste anormal que lo acompaña. La eliminación de arenilla es esencial para equipos con superficies metálicas estrechamente mecanizadas, como trituradoras, tamices finos, centrífugas, intercambiadores de calor y bombas de diafragma de alta presión. Las cámaras de arena vienen en 3 tipos:cámaras de arena horizontales, cámaras de arena aireadas y cámaras de arena de vórtice. Las cámaras de arena tipo vórtice incluyen separadores de vórtice inducido mecánicamente, vórtice inducido hidráulicamente y vórtice de múltiples bandejas. Dado que tradicionalmente, los sistemas de eliminación de arena se han diseñado para eliminar partículas inorgánicas limpias que son mayores de 0,210 milímetros (0,0083 pulgadas), la mayoría de la arena pasa a través de los flujos de eliminación de arena en condiciones normales. Durante los períodos de alto flujo, la arena depositada se resuspende y la cantidad de arena que llega a la planta de tratamiento aumenta sustancialmente. Por lo tanto, es importante que el sistema de eliminación de arena no solo funcione de manera eficiente durante las condiciones de flujo normales, sino también en flujos máximos sostenidos cuando el mayor volumen de arena llega a la planta.Las cámaras de arena tipo vórtice incluyen separadores de vórtice inducido mecánicamente, vórtice inducido hidráulicamente y vórtice de múltiples bandejas. Dado que tradicionalmente, los sistemas de remoción de arena han sido diseñados para remover partículas inorgánicas limpias que son mayores de 0.210 milímetros (0.0083 in), la mayoría de la arena pasa a través de los flujos de remoción de arena en condiciones normales. Durante los períodos de alto flujo, la arena depositada se resuspende y la cantidad de arena que llega a la planta de tratamiento aumenta sustancialmente. Por lo tanto, es importante que el sistema de eliminación de arena no solo funcione de manera eficiente durante las condiciones de flujo normales, sino también en flujos máximos sostenidos cuando el mayor volumen de arena llega a la planta.Las cámaras de arena tipo vórtice incluyen separadores de vórtice inducido mecánicamente, vórtice inducido hidráulicamente y vórtice de múltiples bandejas. Dado que tradicionalmente, los sistemas de remoción de arena han sido diseñados para remover partículas inorgánicas limpias que son mayores de 0.210 milímetros (0.0083 in), la mayoría de la arena pasa a través de los flujos de remoción de arena en condiciones normales. Durante los períodos de alto flujo, la arena depositada se resuspende y la cantidad de arena que llega a la planta de tratamiento aumenta sustancialmente. Por lo tanto, es importante que el sistema de eliminación de arena no solo funcione de manera eficiente durante las condiciones de flujo normales, sino también en flujos máximos sostenidos cuando el mayor volumen de arena llega a la planta.Los sistemas de remoción de arena han sido diseñados para remover partículas inorgánicas limpias que son mayores de 0.210 milímetros (0.0083 in), la mayoría de la arena pasa a través de los flujos de remoción de arena en condiciones normales. Durante los períodos de alto flujo, la arena depositada se resuspende y la cantidad de arena que llega a la planta de tratamiento aumenta sustancialmente. Por lo tanto, es importante que el sistema de eliminación de arena no solo funcione de manera eficiente durante las condiciones de flujo normales, sino también en flujos máximos sostenidos cuando el mayor volumen de arena llega a la planta.Los sistemas de remoción de arena han sido diseñados para remover partículas inorgánicas limpias que son mayores de 0.210 milímetros (0.0083 in), la mayoría de la arena pasa a través de los flujos de remoción de arena en condiciones normales. Durante los períodos de alto flujo, la arena depositada se resuspende y la cantidad de arena que llega a la planta de tratamiento aumenta sustancialmente. Por lo tanto, es importante que el sistema de eliminación de arena no solo funcione de manera eficiente durante las condiciones de flujo normales, sino también en flujos máximos sostenidos cuando el mayor volumen de arena llega a la planta.por lo tanto, es importante que el sistema de remoción de arena no solo opere de manera eficiente durante condiciones de flujo normales, sino también bajo flujos máximos sostenidos cuando el mayor volumen de arena llega a la planta.por lo tanto, es importante que el sistema de remoción de arena no solo opere de manera eficiente durante condiciones de flujo normales, sino también bajo flujos máximos sostenidos cuando el mayor volumen de arena llega a la planta.[9]

Ecualización de flujo [ editar ]

Los clarificadores y el tratamiento secundario mecanizado son más eficientes en condiciones de flujo uniforme. Las cubetas de compensación se pueden utilizar para el almacenamiento temporal de picos de flujo diurnos o de clima húmedo. Las cuencas brindan un lugar para contener temporalmente las aguas residuales entrantes durante el mantenimiento de la planta y un medio para diluir y distribuir descargas de lotes de desechos tóxicos o de alta resistencia que de otro modo podrían inhibir el tratamiento secundario biológico (incluidos los desechos de inodoros portátiles, tanques de retención de vehículos y bombas de tanque séptico) . Los depósitos de compensación de flujo requieren un control de descarga variable, por lo general incluyen disposiciones para derivación y limpieza, y también pueden incluir aireadores. La limpieza puede ser más fácil si la palangana está después de la criba y la eliminación de arenilla. [10]

Eliminación de grasas y grasas [ editar ]

En algunas plantas más grandes, la grasa y la grasa se eliminan pasando las aguas residuales a través de un pequeño tanque donde los skimmers recogen la grasa que flota en la superficie. También se pueden usar sopladores de aire en la base del tanque para ayudar a recuperar la grasa en forma de espuma. Muchas plantas, sin embargo, utilizan clarificadores primarios con desnatadores mecánicos de superficie para eliminar grasas y grasas.

Tratamiento primario [ editar ]

Tanques de tratamiento primario en Oregon, EE. UU.

En la etapa de sedimentación primaria , las aguas residuales fluyen a través de grandes tanques, comúnmente llamados "cuencas de pre-sedimentación", "tanques de sedimentación primaria" o " clarificadores primarios ". [11] Los tanques se utilizan para sedimentar lodos mientras la grasa y los aceites suben a la superficie y se eliminan. Los tanques de sedimentación primarios generalmente están equipados con raspadores accionados mecánicamente que conducen continuamente el lodo recolectado hacia una tolva en la base del tanque donde se bombea a las instalaciones de tratamiento de lodos. [8] : 9–11 La grasa y el aceite del material flotante a veces se pueden recuperar para la saponificación (fabricación de jabón).

Tratamiento secundario [ editar ]

Artículo principal: tratamiento secundario
Clarificador secundario en una planta de tratamiento rural

El tratamiento secundario está diseñado para degradar sustancialmente el contenido biológico de las aguas residuales que se derivan de desechos humanos, desechos de alimentos, jabones y detergentes. La mayoría de las plantas municipales tratan las aguas residuales sedimentadas mediante procesos biológicos aeróbicos. Para ser eficaz, la biota requiere tanto oxígeno como alimentos para vivir. Las bacterias y los protozoos consumen contaminantes orgánicos solubles biodegradables (por ejemplo , azúcares , grasas, moléculas de carbono orgánico de cadena corta ) y unen gran parte de las fracciones menos solubles en flóculos .

Los sistemas de tratamiento secundario se clasifican en sistemas de película fija o de crecimiento suspendido.

  • Los sistemas de crecimiento de película fija o adheridos incluyen filtros de goteo , humedales artificiales, torres biológicas y contactores biológicos rotativos , donde la biomasa crece en los medios y las aguas residuales pasan por su superficie. [8] : 11-13 El principio de película fija se ha desarrollado aún más en reactores de biofilm de lecho móvil (MBBR) [12] yProcesos integrados de lodo activado de película fija (IFAS). [13] Un sistema MBBR normalmente requiere una huella más pequeña que los sistemas de crecimiento suspendido. [14]
  • Los sistemas de crecimiento suspendido incluyen lodos activados , donde la biomasa se mezcla con las aguas residuales y se puede operar en un espacio más pequeño que los filtros percoladores que tratan la misma cantidad de agua. Sin embargo, los sistemas de película fija son más capaces de hacer frente a cambios drásticos en la cantidad de material biológico y pueden proporcionar mayores tasas de eliminación de material orgánico y sólidos suspendidos que los sistemas de crecimiento suspendidos. [8] : 11-13

Algunos métodos de tratamiento secundario incluyen un clarificador secundario para sedimentar y separar el flóculo biológico o el material de filtro que crecen en el biorreactor de tratamiento secundario.

Tratamiento terciario [ editar ]

Una planta de tratamiento de aguas residuales y una laguna en Everett, Washington , EE.

El propósito del tratamiento terciario es proporcionar una etapa de tratamiento final para mejorar aún más la calidad del efluente antes de que se descargue al medio receptor (mar, río, lago, humedales, suelo, etc.). Se puede utilizar más de un proceso de tratamiento terciario en cualquier planta de tratamiento. Si se practica la desinfección, siempre es el proceso final. También se denomina "pulido de efluentes".

Filtración [ editar ]

La filtración de arena elimina gran parte de la materia residual en suspensión. [8] : 22–23 La filtración sobre carbón activado , también llamada adsorción de carbón, elimina las toxinas residuales . [8] : 19

Lagunas o estanques [ editar ]

El asentamiento y la mejora biológica adicional de las aguas residuales se pueden lograr mediante el almacenamiento en grandes estanques o lagunas artificiales. Estas lagunas son altamente aeróbicas y a menudo se fomenta la colonización por macrófitos nativos , especialmente juncos. Los pequeños invertebrados que se alimentan por filtración , como Daphnia y especies de Rotifera , ayudan enormemente en el tratamiento al eliminar las partículas finas.

Eliminación de nutrientes biológicos [ editar ]

Tanque de proceso de nitrificación

La eliminación de nutrientes biológicos (BNR) es considerada por algunos como un tipo de proceso de tratamiento secundario, [2] y por otros como un proceso de tratamiento terciario (o "avanzado").

Las aguas residuales pueden contener altos niveles de nutrientes, nitrógeno y fósforo . La liberación excesiva al medio ambiente puede conducir a una acumulación de nutrientes, llamada eutrofización , que a su vez puede fomentar el crecimiento excesivo de malezas, algas y cianobacterias (algas verdiazules). Esto puede provocar una floración de algas , un rápido crecimiento de la población de algas. La cantidad de algas es insostenible y, finalmente, la mayoría muere. La descomposición de las algas por las bacterias consume tanto oxígeno en el agua que la mayoría o todos los animales mueren, lo que crea más materia orgánica para que las bacterias se descompongan. Además de causar desoxigenación, algunas especies de algas producen toxinas que contaminansuministros de agua potable. Se requieren diferentes procesos de tratamiento para eliminar el nitrógeno y el fósforo.

Eliminación de nitrógeno [ editar ]

El nitrógeno se elimina mediante la oxidación biológica del nitrógeno del amoníaco a nitrato ( nitrificación ), seguida de la desnitrificación , la reducción del nitrato a nitrógeno gaseoso. El gas nitrógeno se libera a la atmósfera y, por lo tanto, se elimina del agua.

La nitrificación en sí es un proceso aeróbico de dos pasos, cada paso facilitado por un tipo diferente de bacteria. La oxidación del amoniaco (NH 3 ) a nitrito (NO 2 - ) es facilitada con mayor frecuencia por Nitrosomonas spp. ("nitroso" se refiere a la formación de un grupo funcional nitroso ). La oxidación del nitrito a nitrato (NO 3 - ), aunque tradicionalmente se cree que es facilitada por Nitrobacter spp. (nitro refiriéndose a la formación de un grupo funcional nitro ), ahora se sabe que es facilitado en el medio ambiente casi exclusivamente por Nitrospira spp.

La desnitrificación requiere condiciones anóxicas para estimular la formación de las comunidades biológicas adecuadas. Es facilitado por una amplia diversidad de bacterias. Se pueden usar filtros de arena, lagunas y lechos de juncos para reducir el nitrógeno, pero el proceso de lodo activado (si está bien diseñado) puede hacer el trabajo más fácilmente. [8] : 17-18 Dado que la desnitrificación es la reducción de nitrato a gas dinitrógeno (nitrógeno molecular), se necesita un donante de electrones . Esto puede ser, dependiendo del agua residual, materia orgánica (de las heces), sulfuro o un donante agregado como el metanol.. Los lodos en los tanques anóxicos (tanques de desnitrificación) deben mezclarse bien (mezcla de licor mixto recirculado, lodos activados de retorno [RAS] y afluente crudo), por ejemplo, utilizando mezcladores sumergibles para lograr la desnitrificación deseada.

A veces, la conversión de amoníaco tóxico en nitrato solo se denomina tratamiento terciario.

Con el tiempo, han evolucionado diferentes configuraciones de tratamiento a medida que la desnitrificación se ha vuelto más sofisticada. Un esquema inicial, el Proceso Ludzack-Ettinger, colocó una zona de tratamiento anóxico antes del tanque de aireación y el clarificador, utilizando el lodo activado de retorno (RAS) del clarificador como fuente de nitrato. Las aguas residuales influyentes (crudas o efluentes de la clarificación primaria) sirven como fuente de electrones para que las bacterias facultativas metabolicen el carbono, utilizando el nitrato inorgánico como fuente de oxígeno en lugar de oxígeno molecular disuelto. Este esquema de desnitrificación estaba naturalmente limitado a la cantidad de nitrato soluble presente en el RAS. La reducción de nitrato fue limitada porque la tasa de RAS está limitada por el desempeño del clarificador.

El "Proceso Ludzak-Ettinger modificado" (MLE) es una mejora del concepto original, ya que recicla el licor mezclado desde el extremo de descarga del tanque de aireación hasta la cabeza del tanque anóxico para proporcionar una fuente constante de nitrato soluble para los facultativos. bacterias. En este caso, las aguas residuales sin tratar continúan proporcionando la fuente de electrones, y la mezcla subterránea mantiene a las bacterias en contacto con la fuente de electrones y el nitrato soluble en ausencia de oxígeno disuelto.

Muchas plantas de tratamiento de aguas residuales utilizan bombas centrífugas para transferir el licor mixto nitrificado de la zona de aireación a la zona anóxica para su desnitrificación. Estas bombas a menudo se denominan Reciclaje de licor mezclado interno.(IMLR) bombas. El IMLR puede ser del 200% al 400% del caudal de las aguas residuales afluentes (Q). Esto se suma al Lodo Activado por Retorno (RAS) de los clarificadores secundarios, que puede ser el 100% de Q. (Por lo tanto, la capacidad hidráulica de los tanques en un sistema de este tipo debe manejar al menos el 400% del flujo promedio anual de diseño (AADF) . En ocasiones, las aguas residuales de los efluentes primarios o crudos deben complementarse con carbono mediante la adición de metanol, acetato o residuos de alimentos simples (melaza, suero, almidón vegetal) para mejorar la eficiencia del tratamiento. Estas adiciones de carbono deben contabilizarse en diseño de la carga orgánica de una instalación de tratamiento. [15]Se producirían más modificaciones al MLE: los procesos Bardenpho y Biodenipho incluyen procesos anóxicos y oxidativos adicionales para pulir aún más la conversión del ion nitrato en gas nitrógeno molecular. El uso de un tanque anaeróbico después del proceso anóxico inicial permite una absorción lujosa de fósforo por parte de las bacterias, lo que reduce biológicamente el ion ortofosfato en las aguas residuales tratadas. Incluso las mejoras más recientes, como AnammoxProcese, interrumpa la formación de nitrato en la etapa de nitrificación de nitritos, desviando el lodo activado de licor mixto rico en nitritos al tratamiento donde el nitrito se convierte luego en gas nitrógeno molecular, ahorrando energía, alcalinidad y suministro secundario de carbono. Anammox ™ (ANaerobic AMMonia OXidation) funciona extendiendo artificialmente el tiempo de detención y preservando las bacterias desnitrificantes mediante el uso de sustrato agregado al licor mezclado y reciclado continuamente antes de la clarificación secundaria. Se están implementando muchos otros esquemas patentados, incluidos DEMON ™, Sharon-ANAMMOX ™, ANITA-Mox ™ y DeAmmon ™. [16] La bacteria Brocadia anammoxidans puede eliminar el amonio de las aguas residuales [17] mediante la oxidación anaeróbica del amonio ahidracina , una forma de combustible para cohetes. [18] [19]

Eliminación de fósforo [ editar ]

Cada ser humano adulto excreta entre 200 y 1000 gramos (7,1 y 35,3 oz) de fósforo al año. Los estudios de las aguas residuales de los Estados Unidos a fines de la década de 1960 estimaron contribuciones per cápita promedio de 500 gramos (18 oz) en orina y heces, 1,000 gramos (35 oz) en detergentes sintéticos y cantidades menores variables utilizadas como químicos para el control de la corrosión y las incrustaciones en los suministros de agua . [20] El control de la fuente a través de formulaciones de detergentes alternativas ha reducido posteriormente la mayor contribución, pero el contenido de orina y heces permanecerá sin cambios. La eliminación de fósforo es importante ya que es un nutriente limitante para el crecimiento de algas en muchos sistemas de agua dulce. (Para obtener una descripción de los efectos negativos de las algas, consulte Eliminación de nutrientes). También es particularmente importante para los sistemas de reutilización de agua donde las altas concentraciones de fósforo pueden provocar la contaminación de los equipos aguas abajo, como la ósmosis inversa .

El fósforo se puede eliminar biológicamente en un proceso llamado eliminación biológica mejorada de fósforo . En este proceso, bacterias específicas, llamadas organismos acumuladores de polifosfato (PAO), se enriquecen selectivamente y acumulan grandes cantidades de fósforo dentro de sus células (hasta el 20 por ciento de su masa). Cuando la biomasa enriquecida en estas bacterias se separa del agua tratada, estos biosólidos tienen un alto valor fertilizante .

La eliminación del fósforo también se puede lograr mediante precipitación química , generalmente con sales de hierro (por ejemplo, cloruro férrico ), aluminio (por ejemplo, alumbre ) o cal. [8] : 18 Esto puede conducir a una producción excesiva de lodos ya que los hidróxidos precipitan y los productos químicos añadidos pueden ser costosos. La eliminación de fósforo químico requiere una huella de equipo significativamente menor que la eliminación biológica, es más fácil de operar y, a menudo, es más confiable que la eliminación de fósforo biológico. [21] Otro método para eliminar el fósforo es utilizar laterita granular .

Algunos sistemas utilizan tanto la eliminación biológica de fósforo como la eliminación química de fósforo. La eliminación química de fósforo en esos sistemas puede usarse como un sistema de respaldo, para usar cuando la eliminación biológica de fósforo no está eliminando suficiente fósforo, o puede usarse continuamente. En cualquier caso, el uso de eliminación de fósforo tanto biológica como química tiene la ventaja de no aumentar la producción de lodos tanto como la eliminación de fósforo químico por sí sola, con la desventaja del mayor costo inicial asociado con la instalación de dos sistemas diferentes.

Una vez extraído, el fósforo, en forma de lodo de depuradora rico en fosfato , puede tirarse a un vertedero o utilizarse como fertilizante. En el último caso, los lodos de depuradora tratados también se denominan a veces biosólidos.

Desinfección [ editar ]

Más información: proceso de oxidación avanzado

El propósito de la desinfección en el tratamiento de aguas residuales es reducir sustancialmente el número de microorganismos en el agua a ser vertidos al medio ambiente para su posterior uso para beber, bañarse, regar, etc. La efectividad de la desinfección depende de la calidad de el agua que se está tratando (por ejemplo, turbidez, pH, etc.), el tipo de desinfección que se usa, la dosis de desinfectante (concentración y tiempo) y otras variables ambientales. El agua turbia se tratará con menos éxito, ya que la materia sólida puede proteger a los organismos, especialmente de la luz ultravioleta o si los tiempos de contacto son bajos. Por lo general, los tiempos de contacto cortos, las dosis bajas y los flujos altos van en contra de una desinfección eficaz. Los métodos comunes de desinfección incluyenozono , cloro , luz ultravioleta o hipoclorito de sodio . [8] : 16 La monocloramina , que se utiliza para el agua potable, no se utiliza en el tratamiento de aguas residuales debido a su persistencia. Después de varios pasos de desinfección, el agua tratada está lista para ser devuelta al ciclo del agua por medio de la masa de agua o agricultura más cercana. Posteriormente, el agua se puede transferir a reservas para uso humano diario.

La cloración sigue siendo la forma más común de desinfección de aguas residuales en América del Norte debido a su bajo costo y su larga historia de efectividad. Una desventaja es que la cloración de material orgánico residual puede generar compuestos orgánicos clorados que pueden ser cancerígenos o dañinos para el medio ambiente. El cloro o las cloraminas residuales también pueden clorar material orgánico en el medio acuático natural. Además, debido a que el cloro residual es tóxico para las especies acuáticas, el efluente tratado también debe declorarse químicamente, lo que aumenta la complejidad y el costo del tratamiento.

Se puede usar luz ultravioleta (UV) en lugar de cloro, yodo u otros productos químicos. Debido a que no se utilizan productos químicos, el agua tratada no tiene ningún efecto adverso sobre los organismos que luego la consumen, como puede ser el caso de otros métodos. La radiación ultravioleta daña la estructura genética de bacterias, virus y otros patógenos., haciéndolos incapaces de reproducirse. Las desventajas clave de la desinfección UV son la necesidad de un mantenimiento y reemplazo frecuente de la lámpara y la necesidad de un efluente altamente tratado para garantizar que los microorganismos objetivo no estén protegidos de la radiación UV (es decir, cualquier sólido presente en el efluente tratado puede proteger a los microorganismos de la radiación ultravioleta). la luz ultravioleta). En el Reino Unido, la luz ultravioleta se está convirtiendo en el medio más común de desinfección debido a las preocupaciones sobre los impactos del cloro en la cloración de orgánicos residuales en las aguas residuales y en la cloración de orgánicos en el agua receptora. Algunos sistemas de tratamiento de aguas residuales en Canadá y EE. UU. También utilizan luz ultravioleta para desinfectar las aguas residuales. [22] [23]

El ozono ( O 3 ) se genera al pasar oxígeno ( O 2 ) a través de un potencial de alto voltaje, lo que hace que un tercer átomo de oxígeno se adhiera y forme O 3. El ozono es muy inestable y reactivo y oxida la mayor parte del material orgánico con el que entra en contacto, destruyendo así muchos microorganismos patógenos. Se considera que el ozono es más seguro que el cloro porque, a diferencia del cloro que debe almacenarse en el lugar (muy venenoso en caso de una liberación accidental), el ozono se genera en el lugar según sea necesario a partir del oxígeno del aire ambiente. La ozonización también produce menos subproductos de desinfección que la cloración. Una desventaja de la desinfección con ozono es el alto costo del equipo de generación de ozono y los requisitos para operadores especiales.

Cuarta etapa de tratamiento [ editar ]

Más información: Impacto medioambiental de los productos farmacéuticos y de cuidado personal

Los microcontaminantes como productos farmacéuticos, ingredientes de productos químicos domésticos, productos químicos utilizados en pequeñas empresas o industrias, contaminantes farmacéuticos persistentes ambientales (EPPP) o pesticidas pueden no eliminarse en el proceso de tratamiento convencional (tratamiento primario, secundario y terciario) y, por lo tanto, provocar la contaminación del agua. . [24] Aunque las concentraciones de esas sustancias y sus productos de descomposición son bastante bajas, todavía existe la posibilidad de dañar a los organismos acuáticos. En el caso de los productos farmacéuticos , se han identificado las siguientes sustancias como "toxicológicamente relevantes": sustancias con efectos de alteración endocrina , genotóxicasSustancias y sustancias que favorecen el desarrollo de resistencias bacterianas . [25] Pertenecen principalmente al grupo de EPPP. Las técnicas para la eliminación de microcontaminantes a través de una cuarta etapa de tratamiento durante el tratamiento de aguas residuales se implementan en Alemania, Suiza, Suecia [ cita requerida ] y los Países Bajos y las pruebas están en curso en varios otros países. [26] Estos pasos del proceso consisten principalmente en filtros de carbón activado que adsorben los microcontaminantes. La combinación de oxidación avanzada con ozono seguida de carbón activado granular.(GAC) se ha sugerido como una combinación de tratamiento rentable para los residuos farmacéuticos. Para una reducción completa de los microplastos, se ha sugerido la combinación de ultrafiltración seguida de GAC. También se está investigando el uso de enzimas como la enzima lacasa . [27] Un nuevo concepto que podría proporcionar un tratamiento energéticamente eficiente de microcontaminantes podría ser el uso de hongos secretores de lacasa cultivados en una planta de tratamiento de aguas residuales para degradar microcontaminantes y al mismo tiempo proporcionar enzimas en un cátodo de células de biocombustible microbiano. [28] Las células de biocombustible microbiano se investigan por su propiedad para tratar la materia orgánica en las aguas residuales. [29]

Para reducir los productos farmacéuticos en los cuerpos de agua, también se están investigando medidas de "control de la fuente", como innovaciones en el desarrollo de fármacos o un manejo más responsable de los mismos. [25] [30]

Control de olores [ editar ]

Los olores emitidos por el tratamiento de aguas residuales son típicamente una indicación de una condición anaeróbica o "séptica". [31] Las primeras etapas del procesamiento tenderán a producir gases malolientes, siendo el sulfuro de hidrógeno el más común para generar quejas. Las grandes plantas de proceso en áreas urbanas a menudo tratarán los olores con reactores de carbono, un medio de contacto con lodos biológicos, pequeñas dosis de cloro o fluidos circulantes para capturar y metabolizar biológicamente los gases nocivos. [32] Existen otros métodos de control de olores, incluida la adición de sales de hierro, peróxido de hidrógeno , nitrato de calcio , etc. para controlar los niveles de sulfuro de hidrógeno .

Las bombas de sólidos de alta densidad son adecuadas para reducir los olores transportando el lodo a través de tuberías herméticas cerradas.

Requisitos energéticos [ editar ]

Para las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales, alrededor del 30 por ciento de los costos operativos anuales generalmente se requiere para energía. [2] : 1703 Los requisitos de energía varían según el tipo de proceso de tratamiento y la carga de aguas residuales. Por ejemplo, los humedales artificiales requieren menos energía que las plantas de lodos activados , ya que se requiere menos energía para la etapa de aireación. [33] Las plantas de tratamiento de aguas residuales que producen biogás en su proceso de tratamiento de lodos de depuradora con digestión anaeróbica pueden producir energía suficiente para satisfacer la mayoría de las necesidades energéticas de la propia planta de tratamiento de aguas residuales. [2] : 1505

En los procesos de tratamiento secundario convencionales, la mayor parte de la electricidad se utiliza para aireación, sistemas de bombeo y equipos para la deshidratación y secado de lodos de depuradora . Las plantas de tratamiento de aguas residuales avanzadas, por ejemplo, para la eliminación de nutrientes, requieren más energía que las plantas que solo logran un tratamiento primario o secundario. [2] : 1704

Tratamiento y eliminación de lodos [ editar ]

Artículo principal: Tratamiento de lodos de depuradora
Tratamiento de lodos en el tratamiento de aguas residuales de Birsfelden .

Los lodos acumulados en un proceso de tratamiento de aguas residuales deben tratarse y eliminarse de manera segura y eficaz. El propósito de la digestión es reducir la cantidad de materia orgánica y el número de microorganismos causantes de enfermedades presentes en los sólidos. Las opciones de tratamiento más comunes incluyen digestión anaeróbica , digestión aeróbica y compostaje . También se utiliza la incineración , aunque en mucho menor grado. [8] : 19-21 El uso de un enfoque ecológico, como la fitorremediación , se ha propuesto recientemente como una herramienta valiosa para mejorar los lodos de depuradora contaminados por oligoelementos ycontaminantes orgánicos persistentes . [34]

El tratamiento de lodos depende de la cantidad de sólidos generados y otras condiciones específicas del sitio. El compostaje se aplica con mayor frecuencia a plantas de pequeña escala con digestión aeróbica para operaciones de tamaño medio y digestión anaeróbica para operaciones de mayor escala.

El lodo a veces pasa a través de un llamado pre-espesante que deshidrata el lodo. Los tipos de pre-espesantes incluyen espesadores de lodos centrífugos, [35] espesadores de lodos de tambor rotatorio y filtros prensa de banda. [36] Los lodos deshidratados pueden incinerarse o transportarse fuera del sitio para su eliminación en un vertedero o su uso como enmienda del suelo agrícola. [37]

Aspectos medioambientales [ editar ]

Agua tratada de EDAR Děčín , República Checa
Agua tratada drenada al río Elba, Děčín , República Checa
La salida de la depuradora de Karlsruhe desemboca en el Alb

Muchos procesos en una planta de tratamiento de aguas residuales están diseñados para imitar los procesos de tratamiento natural que ocurren en el medio ambiente, ya sea que ese ambiente sea un cuerpo de agua natural o el suelo. Si no se sobrecarga, las bacterias del medio ambiente consumirán contaminantes orgánicos, aunque esto reducirá los niveles de oxígeno en el agua y puede cambiar significativamente la ecología general del agua receptora. Las poblaciones de bacterias nativas se alimentan de los contaminantes orgánicos y la cantidad de microorganismos que causan enfermedades se reduce por las condiciones ambientales naturales, como la depredación o la exposición a los rayos ultravioleta.radiación. En consecuencia, en los casos en que el entorno receptor proporciona un alto nivel de dilución, es posible que no se requiera un alto grado de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, evidencia reciente ha demostrado que niveles muy bajos de contaminantes específicos en las aguas residuales, incluidas las hormonas (de la cría de animales y residuos de los métodos anticonceptivos hormonales humanos ) y materiales sintéticos como los ftalatos que imitan a las hormonas en su acción, pueden tener un impacto adverso impredecible en la biota natural y potencialmente en los seres humanos si el agua se reutiliza para beber. [38] [39] [40] En EE. UU. Y la UE, las descargas incontroladas de aguas residuales al medio ambiente no están permitidas por ley, y se deben cumplir estrictos requisitos de calidad del agua, ya que el agua potable limpia es esencial. (Para conocer los requisitos en los EE. UU., Consulte la Ley de Agua Limpia ) . Una amenaza significativa en las próximas décadas serán las crecientes descargas incontroladas de aguas residuales en los países en rápido desarrollo.

Efectos sobre la biología [ editar ]

Las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden tener múltiples efectos sobre los niveles de nutrientes en el agua a la que desembocan las aguas residuales tratadas. Estos nutrientes pueden tener grandes efectos sobre la vida biológica en el agua en contacto con el efluente. Los estanques de estabilización (o estanques de tratamiento de aguas residuales) pueden incluir cualquiera de los siguientes:

  • Estanques de oxidación, que son cuerpos de agua aeróbicos que generalmente tienen entre 1 y 2 metros (3 pies 3 pulg. - 6 pies 7 pulg.) De profundidad que reciben efluentes de tanques de sedimentación u otras formas de tratamiento primario.
  • Dominado por algas
  • Los estanques de pulido son similares a los estanques de oxidación pero reciben efluentes de un estanque de oxidación o de una planta con un tratamiento mecánico prolongado.
  • Dominado por el zooplancton
  • Las lagunas facultativas , lagunas de aguas residuales sin tratar o lagunas de aguas residuales son estanques a los que se añaden aguas residuales sin ningún tratamiento primario que no sea un tamiz grueso. Estos estanques proporcionan un tratamiento eficaz cuando la superficie permanece aeróbica; aunque pueden desarrollarse condiciones anaeróbicas cerca de la capa de lodo sedimentado en el fondo del estanque. [3] : 552–554
  • Las lagunas anaeróbicas son estanques muy cargados.
  • Dominado por bacterias
  • Las lagunas de lodos son estanques aeróbicos, generalmente de 2 a 5 metros (6 pies 7 pulgadas a 16 pies 5 pulgadas) de profundidad, que reciben lodos primarios digeridos anaeróbicamente o lodos secundarios activados bajo el agua.
  • Las capas superiores están dominadas por algas [41]

La limitación de fósforo es un posible resultado del tratamiento de aguas residuales y da como resultado un plancton dominado por flagelados , particularmente en verano y otoño. [42]

Un estudio de fitoplancton encontró altas concentraciones de nutrientes relacionadas con los efluentes de aguas residuales. La alta concentración de nutrientes conduce a altas concentraciones de clorofila a , que es un sustituto de la producción primaria en ambientes marinos. Una alta producción primaria significa grandes poblaciones de fitoplancton y muy probablemente altas poblaciones de zooplancton, porque el zooplancton se alimenta de fitoplancton. Sin embargo, el vertido de efluentes en los sistemas marinos también conduce a una mayor inestabilidad de la población. [43]

Las tendencias planctónicas de poblaciones elevadas cercanas a la entrada de aguas residuales tratadas contrastan con la tendencia bacteriana . En un estudio de Aeromonas spp. al aumentar la distancia de una fuente de aguas residuales, el mayor cambio en los ciclos estacionales se encontró más alejado del efluente. Esta tendencia es tan fuerte que la ubicación más lejana estudiada en realidad tuvo una inversión de Aeromonas spp. ciclo en comparación con el de los coliformes fecales . Dado que existe un patrón principal en los ciclos que ocurren simultáneamente en todas las estaciones, indica el control de factores estacionales (temperatura, radiación solar, fitoplancton) de la población bacteriana. La especie dominante del efluente cambia de Aeromonas caviae en invierno aAeromonas sobria en primavera y otoño, mientras que la especie dominante de afluencia es Aeromonas caviae , que es constante a lo largo de las estaciones. [44]

Reutilizar [ editar ]

Artículo principal: agua recuperada

Con la tecnología adecuada, es posible reutilizar las aguas residuales para el agua potable, aunque esto generalmente solo se hace en lugares con suministros de agua limitados, como Windhoek y Singapur . [45]

En los países áridos , las aguas residuales tratadas se utilizan a menudo en la agricultura . Por ejemplo, en Israel, alrededor del 50 por ciento del uso de agua para la agricultura (el uso total fue de mil millones de metros cúbicos (3,5 × 10 10  pies cúbicos) en 2008) se proporciona a través de aguas residuales recuperadas. Los planes futuros exigen un mayor uso de agua de alcantarillado tratada, así como más plantas desalinizadoras como parte del suministro de agua y el saneamiento en Israel . [46]

Los humedales artificiales alimentados por aguas residuales proporcionan tanto tratamiento como hábitat para la flora y la fauna. Otro ejemplo de reutilización combinada con el tratamiento de aguas residuales son los humedales de East Kolkata en India. Estos humedales se utilizan para tratar las aguas residuales de Kolkata y los nutrientes contenidos en las aguas residuales sustentan las granjas de peces y la agricultura.

Países en desarrollo [ editar ]

Existen pocas cifras confiables sobre la proporción de aguas residuales recolectadas en alcantarillas que están siendo tratadas en el mundo. Una estimación global del PNUD y ONU-Hábitat es que el 90% de todas las aguas residuales generadas se liberan al medio ambiente sin tratamiento. [47] En muchos países en desarrollo, la mayor parte de las aguas residuales domésticas e industriales se vierte sin ningún tratamiento o solo después del tratamiento primario.

En América Latina, alrededor del 15 por ciento de las aguas residuales recolectadas pasa a través de plantas de tratamiento (con diferentes niveles de tratamiento real). En Venezuela , un país por debajo del promedio en América del Sur con respecto al tratamiento de aguas residuales, el 97 por ciento de las aguas residuales del país se vierten crudas al medio ambiente. [48]

En Irán , un país relativamente desarrollado del Medio Oriente , la mayoría de la población de Teherán tiene aguas residuales totalmente sin tratar inyectadas en las aguas subterráneas de la ciudad. [49] Sin embargo, la construcción de las principales partes del sistema de alcantarillado, recolección y tratamiento en Teherán está casi terminada y en desarrollo, debido a que estará completamente terminada a fines de 2012. En Isfahan, la tercera ciudad más grande de Irán, tratamiento de aguas residuales se inició hace más de 100 años.

Solo unas pocas ciudades en África subsahariana tienen sistemas de saneamiento basados ​​en alcantarillado , y mucho menos plantas de tratamiento de aguas residuales, con la excepción de Sudáfrica y, hasta fines de la década de 1990, Zimbabwe. [50] En cambio, la mayoría de los residentes urbanos en África subsahariana dependen de sistemas de saneamiento in situ sin alcantarillado, como fosas sépticas y letrinas de pozo , y la gestión de lodos fecales en estas ciudades es un desafío enorme. [51]

Historia [ editar ]

Más información: Historia del abastecimiento de agua y el saneamiento
El gran hedor de 1858 estimuló la investigación sobre el problema del tratamiento de aguas residuales. En esta caricatura de The Times , Michael Faraday informa al padre Thames sobre el estado del río.

Los sistemas básicos de alcantarillado se utilizaron para la eliminación de desechos en la antigua Mesopotamia , donde los pozos verticales llevaban los desechos a pozos negros. Existían sistemas similares en la civilización del valle del Indo en la India actual y en la antigua Creta y Grecia . En la Edad Media, los sistemas de alcantarillado construidos por los romanos cayeron en desuso y los desechos se recogieron en pozos negros que fueron vaciados periódicamente por trabajadores conocidos como 'rastrillos' que a menudo lo vendían como fertilizante a los agricultores fuera de la ciudad.

Los sistemas de alcantarillado modernos se construyeron por primera vez a mediados del siglo XIX como reacción a la exacerbación de las condiciones sanitarias provocada por la intensa industrialización y urbanización . Baldwin Latham , un ingeniero civil británico contribuyó a la racionalización de los sistemas de alcantarillado y alcantarillado de las casas y fue pionero en la ingeniería sanitaria. Desarrolló el concepto de tubería de alcantarillado ovalada para facilitar el drenaje de las alcantarillas y evitar la deposición de lodos y las inundaciones. [52] Debido al suministro de agua contaminada, los brotes de cólera ocurrieron en 1832, 1849 y 1855 en Londres , matando a decenas de miles de personas. Esto, combinado con el Great Stinkde 1858, cuando el olor a desechos humanos sin tratar en el río Támesis se volvió abrumador y el informe sobre la reforma del saneamiento del Comisionado Real Edwin Chadwick , [53] llevó a la Comisión Metropolitana de Alcantarillados a nombrar a Joseph Bazalgette para construir un vasto sistema de alcantarillado subterráneo para la eliminación segura de residuos. Contrariamente a las recomendaciones de Chadwick, el sistema de Bazalgette, y otros construidos posteriormente en Europa continental , no bombeaban las aguas residuales a las tierras agrícolas para su uso como fertilizante; simplemente se canalizó a una vía fluvial natural lejos de los centros de población y se bombeó de regreso al medio ambiente.

Primeros intentos [ editar ]

Uno de los primeros intentos de desviar las aguas residuales para su uso como fertilizante en la granja fue realizado por el propietario de la fábrica de algodón James Smith en la década de 1840. Experimentó con un sistema de distribución por tuberías propuesto inicialmente por James Vetch [54] que recogía las aguas residuales de su fábrica y las bombeaba a las granjas periféricas, y su éxito fue seguido con entusiasmo por Edwin Chadwick y apoyado por el químico orgánico Justus von Liebig .

La idea fue adoptada oficialmente por la Comisión de Salud de los Pueblos , y diferentes municipios probaron varios esquemas (conocidos como granjas de aguas residuales) durante los siguientes 50 años. Al principio, los sólidos más pesados ​​se canalizaban a zanjas en el costado de la granja y se cubrían cuando estaban llenos, pero pronto se emplearon tanques de fondo plano como depósitos para las aguas residuales; la primera patente fue obtenida por William Higgs en 1846 para "tanques o depósitos en los que se recolecta el contenido de alcantarillas y desagües de ciudades, pueblos y aldeas y se contienen, solidifican y secan las materias sólidas animales o vegetales ... " [55]Las mejoras en el diseño de los tanques incluyeron la introducción del tanque de flujo horizontal en la década de 1850 y el tanque de flujo radial en 1905. Estos tanques tuvieron que ser deslodos manualmente periódicamente, hasta la introducción de deslodos mecánicos automáticos en el principios de 1900. [56]

El precursor de la fosa séptica moderna fue la cloaca en la que se cerraba el agua para evitar la contaminación y los desechos sólidos se licuaban lentamente debido a la acción anaeróbica; fue inventado por LH Mouras en Francia en la década de 1860. Donald Cameron, como City Surveyor de Exeter, patentó una versión mejorada en 1895, a la que llamó "tanque séptico"; séptico que tiene el significado de 'bacteriano'. Estos todavía se utilizan en todo el mundo, especialmente en áreas rurales que no están conectadas a sistemas de alcantarillado a gran escala. [57]

Tratamiento biológico [ editar ]

Edward Frankland , un químico distinguido, que demostró la posibilidad de tratar químicamente las aguas residuales en la década de 1870.

No fue hasta finales del siglo XIX que fue posible tratar las aguas residuales descomponiendo biológicamente los componentes orgánicos mediante el uso de microorganismos y eliminando los contaminantes. El tratamiento de la tierra también se estaba volviendo cada vez menos factible, a medida que las ciudades crecían y el volumen de aguas residuales producidas ya no podía ser absorbido por las tierras agrícolas de las afueras.

Edward Frankland realizó experimentos en la granja de aguas residuales en Croydon , Inglaterra, durante la década de 1870 y pudo demostrar que la filtración de aguas residuales a través de grava porosa producía un efluente nitrificado (el amoníaco se convertía en nitrato) y que el filtro permanecía sin obstrucciones durante largos períodos de tiempo. hora. [58] Esto estableció la entonces revolucionaria posibilidad del tratamiento biológico de las aguas residuales utilizando un lecho de contacto para oxidar los desechos. Este concepto fue adoptado por el químico jefe de la Junta de Obras Metropolitana de Londres , William Libdin, en 1887:

... con toda probabilidad la verdadera forma de depurar las aguas residuales ... será primero separar los lodos, y luego convertirlos en efluentes neutros ... retenerlos por un período suficiente, tiempo durante el cual deben airearse completamente, y finalmente descargarlo en el arroyo en una condición purificada. De hecho, esto es lo que se pretende y se logra imperfectamente en una granja de aguas residuales. [59]

De 1885 a 1891 se construyeron filtros que funcionaban con este principio en todo el Reino Unido y la idea también se retomó en los EE. UU. En la Estación Experimental Lawrence en Massachusetts , donde se confirmó el trabajo de Frankland. En 1890, el LES desarrolló un " filtro de goteo " que proporcionó un rendimiento mucho más confiable. [60]

Las camas de contacto fueron desarrolladas en Salford , Lancashire y por científicos que trabajaban para el Ayuntamiento de Londres a principios de la década de 1890. Según Christopher Hamlin, esto fue parte de una revolución conceptual que reemplazó la filosofía que veía "la purificación de aguas residuales como la prevención de la descomposición con una que trataba de facilitar el proceso biológico que destruye las aguas residuales de forma natural". [61]

Los lechos de contacto eran tanques que contenían la sustancia inerte, como piedras o pizarra, que maximizaban el área de superficie disponible para que el crecimiento microbiano descompusiera las aguas residuales. Las aguas residuales se mantuvieron en el tanque hasta que se descompusieron por completo y luego se filtraron al suelo. Este método se generalizó rápidamente, especialmente en el Reino Unido, donde se utilizó en Leicester , Sheffield , Manchester y Leeds . El lecho bacteriano fue desarrollado simultáneamente por Joseph Corbett como ingeniero municipal en Salford y los experimentos de 1905 demostraron que su método era superior en el sentido de que mayores volúmenes de aguas residuales podían purificarse mejor durante períodos de tiempo más prolongados de lo que podría lograrse con el lecho de contacto. [62]

La Comisión Real de Eliminación de Aguas Residuales publicó su octavo informe en 1912 que estableció lo que se convirtió en el estándar internacional para la descarga de aguas residuales en los ríos; el 'estándar de las 20:30', que permitía 20 miligramos (0,31 gr) de demanda bioquímica de oxígeno y 30 miligramos (0,46 gr) de sólidos en suspensión por litro (0,26 galones estadounidenses). [63]

Ver también [ editar ]

  • Lista de tecnologías de tratamiento de aguas residuales
  • Organismos implicados en la depuración del agua.
  • Recuperación y reutilización de nutrientes: producción de nutrientes agrícolas a partir de aguas residuales
  • Deposito de basura

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • "Siguiendo el flujo: una mirada interna al tratamiento de aguas residuales" - Water Environment Federation (EE. UU.). Incluye diagramas y glosario.