El tratamiento de aguas residuales es un proceso que se utiliza para eliminar los contaminantes de las aguas residuales y convertirlas en un efluente que se puede devolver al ciclo del agua . Una vez devuelto al ciclo del agua, el efluente crea un impacto aceptable en el medio ambiente o se reutiliza para diversos fines (lo que se denomina recuperación de agua ). [1] El proceso de tratamiento se lleva a cabo en una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR). Hay dos tipos de aguas residuales: domésticas e industriales; Ambos tipos de aguas residuales se tratan en la planta de tratamiento de aguas residuales correspondiente. Para las aguas residuales domésticas (también llamadas aguas residuales municipales o alcantarillado ), la planta de tratamiento se llamaPlanta de tratamiento de aguas residuales . Para las aguas residuales industriales, el tratamiento se lleva a cabo en una planta de tratamiento de aguas residuales industriales separada o en una planta de tratamiento de aguas residuales (generalmente después de alguna forma de pretratamiento).
Los procesos comúnmente utilizados incluyen la separación de fases (como la sedimentación), los procesos biológicos y químicos (como la oxidación) o el pulido. Otros tipos de plantas de tratamiento de aguas residuales incluyen plantas de tratamiento de aguas residuales agrícolas y plantas de tratamiento de lixiviados . El principal subproducto de las plantas de tratamiento de aguas residuales es un tipo de lodo (por ejemplo, lodo de depuradora ) que normalmente se trata en la misma u otra planta de tratamiento de aguas residuales. [2] : Capítulo 14 El biogás puede ser otro subproducto si se utilizan procesos de tratamiento anaeróbico.
Algunas aguas residuales pueden tratarse en gran medida y reutilizarse como agua recuperada . El objetivo principal del tratamiento de aguas residuales es que las aguas residuales tratadas puedan eliminarse o reutilizarse de forma segura. Sin embargo, antes de ser tratada, se deben considerar las opciones de eliminación o reutilización para que se utilice el proceso de tratamiento correcto en las aguas residuales.
El tratamiento de aguas residuales forma parte del campo general del saneamiento . El saneamiento también incluye la gestión de desechos humanos y sólidos , así como la gestión de aguas pluviales (drenaje). [3] A nivel mundial, se estima que se trata el 52% de las aguas residuales municipales. [4] Sin embargo, las tasas de tratamiento de aguas residuales son muy desiguales para diferentes países del mundo. Por ejemplo, mientras que los países de ingresos altos tratan aproximadamente el 74% de sus aguas residuales municipales, los países en desarrollo tratan un promedio de solo el 4,2%. [4] Las aguas residuales que se vierten sin tratar al medio ambiente pueden causar contaminación del agua . [5]
Fuentes y contaminantes
Los tipos de aguas residuales incluyen: aguas residuales domésticas de los hogares, aguas residuales municipales de las comunidades (también llamadas aguas residuales ) y aguas residuales industriales . Las aguas residuales pueden contener contaminantes físicos, químicos y biológicos .
Procesos
Los procesos involucrados en el tratamiento de aguas residuales incluyen procesos físicos como el asentamiento o flotación y procesos biológicos como lagunas aireadas , lodos activados o biopelículas en filtros percoladores . Se pueden utilizar otros métodos físicos, como la filtración a través de tamices, en circunstancias especiales, como el desagüe de lodos de aguas residuales.
Para que sea eficaz, las aguas residuales deben transportarse a una planta de tratamiento mediante tuberías e infraestructura adecuadas , y el proceso en sí debe estar sujeto a regulaciones y controles. Algunas aguas residuales requieren métodos de tratamiento especializados. En el nivel más simple, el tratamiento de las aguas residuales y la mayoría de las aguas residuales se lleva a cabo mediante la separación de sólidos de líquidos , generalmente por sedimentación . Al convertir progresivamente el material disuelto en sólidos, generalmente un flóculo biológico, que luego se sedimenta, se produce una corriente efluente de pureza creciente. [2] [6]
Separación de fases
La separación de fases transfiere las impurezas a una fase no acuosa . La separación de fases puede ocurrir en puntos intermedios en una secuencia de tratamiento para eliminar los sólidos generados durante la oxidación o el pulido. La grasa y el aceite se pueden recuperar para combustible o saponificación . Los sólidos a menudo requieren la deshidratación de lodos en una planta de tratamiento de aguas residuales . Las opciones de eliminación de los sólidos secos varían según el tipo y la concentración de impurezas que se eliminan del agua. [7]
Sedimentación
Los sólidos como piedras , arenilla y arena pueden eliminarse de las aguas residuales por gravedad cuando las diferencias de densidad son suficientes para superar la dispersión por turbulencia . Por lo general, esto se logra utilizando un canal de arena diseñado para producir un caudal óptimo que permite que la arena se asiente y otros sólidos menos densos pasen a la siguiente etapa de tratamiento. La separación por gravedad de sólidos es el tratamiento primario de las aguas residuales , donde el proceso unitario se denomina "tanques de sedimentación primaria" o "tanques de sedimentación primaria". [8] También se utiliza ampliamente para el tratamiento de otros tipos de aguas residuales. Los sólidos que son más densos que el agua se acumularán en el fondo de las cuencas de sedimentación inactiva . Los clarificadores más complejos también tienen skimmers para eliminar simultáneamente la grasa flotante como la espuma de jabón y los sólidos como plumas, astillas de madera o condones . Los contenedores como el separador de agua y aceite API están diseñados específicamente para separar líquidos no polares. [9]
Procesos biológicos y químicos
Oxidación
La oxidación reduce la demanda bioquímica de oxígeno de las aguas residuales y puede reducir la toxicidad de algunas impurezas. El tratamiento secundario convierte los compuestos orgánicos en dióxido de carbono , agua y biosólidos a través de reacciones de oxidación y reducción. [10] La oxidación química se utiliza ampliamente para la desinfección.
Oxidación bioquímica
El tratamiento secundario por oxidación bioquímica de compuestos orgánicos disueltos y coloidales se usa ampliamente en el tratamiento de aguas residuales y es aplicable a algunas aguas residuales agrícolas e industriales. La oxidación biológica eliminará preferentemente los compuestos orgánicos útiles como suministro de alimento para el ecosistema de tratamiento . La concentración de algunos compuestos menos digeribles puede reducirse mediante el co-metabolismo . La eficiencia de eliminación está limitada por la concentración mínima de alimentos requerida para mantener el ecosistema de tratamiento. [11]
Un tipo de sistema de tratamiento aeróbico es el proceso de lodos activados , basado en el mantenimiento y recirculación de una biomasa compleja compuesta por microorganismos capaces de absorber y adsorber la materia orgánica transportada en las aguas residuales. También se están utilizando humedales artificiales.
Plantas de tratamiento de aguas residuales
Oxidación química
La oxidación química (incluida la electroquímica), también conocida como oxidación química avanzada, se utiliza para eliminar algunos contaminantes orgánicos persistentes y concentraciones que quedan después de la oxidación bioquímica. [12] La desinfección por oxidación química mata bacterias y patógenos microbianos al agregar radicales hidroxilo como ozono , cloro o hipoclorito a las aguas residuales. [2] : 1220 Estos radicales hidroxilo luego descomponen los compuestos complejos en los contaminantes orgánicos en compuestos simples como agua, dióxido de carbono y sales . [13]
Tratamiento anaeróbico
Los procesos anaeróbicos de tratamiento de aguas residuales ( UASB , EGSB ) también se aplican ampliamente en el tratamiento de aguas residuales industriales y lodos biológicos.
Pulido
El pulido se refiere a los tratamientos realizados siguiendo los métodos anteriores. Estos tratamientos también pueden usarse de forma independiente para algunas aguas residuales industriales. La reducción química o el ajuste del pH minimizan la reactividad química de las aguas residuales después de la oxidación química. [14] El filtrado de carbón elimina los contaminantes e impurezas restantes mediante la absorción química en el carbón activado. [2] : 1138 La filtración a través de arena (carbonato de calcio) o filtros de tela es el método más común utilizado en el tratamiento de aguas residuales municipales.
Otro
Es posible que se permita a algunas instalaciones, como los pozos de petróleo y gas, bombear sus aguas residuales bajo tierra a través de pozos de inyección . La inyección de aguas residuales se ha relacionado con la sismicidad inducida . [15]
Tipos de plantas de tratamiento
Las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden distinguirse por el tipo de aguas residuales a tratar, es decir, si se trata de aguas residuales, aguas residuales industriales, aguas residuales agrícolas o lixiviados. Existen numerosos procesos que se pueden utilizar para tratar las aguas residuales según el tipo y la extensión de la contaminación. Las aguas residuales pueden tratarse en plantas de tratamiento de aguas residuales que incluyen procesos de tratamiento físico, químico y biológico. Las aguas residuales municipales se tratan en plantas de tratamiento de aguas residuales (que también pueden denominarse plantas de tratamiento de aguas residuales ). Las aguas residuales agrícolas pueden tratarse en procesos de tratamiento de aguas residuales agrícolas , mientras que las aguas residuales industriales se tratan en procesos de tratamiento de aguas residuales industriales .
Una planta municipal típica de tratamiento de aguas residuales en un país industrializado puede incluir tratamiento primario para eliminar material sólido, tratamiento secundario para digerir material orgánico disuelto y suspendido, así como los nutrientes nitrógeno y fósforo y, a veces, pero no siempre, desinfección para matar bacterias patógenas . Los lodos de depuradora que se producen en las depuradoras se someten a un tratamiento de lodos . Los municipios más grandes a menudo incluyen fábricas que descargan aguas residuales industriales en el sistema de alcantarillado municipal. El término "planta de tratamiento de aguas residuales" a veces se reemplaza por el término "planta de tratamiento de aguas residuales". [2] Las aguas residuales también pueden tratarse mediante procesos que utilizan " soluciones basadas en la naturaleza ".
Tratamiento terciario
El tratamiento terciario es un término que se aplica a los métodos de pulido utilizados siguiendo una secuencia tradicional de tratamiento de aguas residuales. El tratamiento terciario se está aplicando cada vez más en los países industrializados y las tecnologías más comunes son la microfiltración o las membranas sintéticas . Después de la filtración por membranas, las aguas residuales tratadas son prácticamente indistinguibles de las aguas de origen natural de calidad potable (sin sus minerales). Los nitratos pueden eliminarse de las aguas residuales mediante procesos naturales en los humedales, pero también mediante la desnitrificación microbiana . [16] El tratamiento de aguas residuales con ozono también está ganando popularidad y requiere el uso de un generador de ozono , que descontamina el agua a medida que las burbujas de ozono se filtran a través del tanque. La tecnología de tratamiento más reciente y muy prometedora es el uso de granulación aeróbica . [17]
Plantas de tratamiento de aguas residuales industriales
La eliminación de aguas residuales de una planta industrial es un problema difícil y costoso. La mayoría de las refinerías de petróleo , plantas químicas y petroquímicas [2] : 1412 [18] tienen instalaciones en el lugar para tratar sus aguas residuales de modo que las concentraciones de contaminantes en las aguas residuales tratadas cumplan con las regulaciones locales y / o nacionales sobre la eliminación de aguas residuales en plantas de tratamiento comunitarias o en ríos, lagos u océanos. Los humedales artificiales se utilizan en un número cada vez mayor de casos, ya que proporcionan un tratamiento in situ productivo y de alta calidad. Otros procesos industriales que producen una gran cantidad de aguas residuales, como la producción de papel y pulpa, han creado una preocupación ambiental, lo que ha llevado al desarrollo de procesos para reciclar el uso del agua dentro de las plantas antes de que tengan que limpiarse y eliminarse. [19]
Se requieren plantas de tratamiento de aguas residuales industriales donde las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales no están disponibles o no pueden tratar adecuadamente aguas residuales industriales específicas. Las plantas de aguas residuales industriales pueden reducir los costos de agua cruda al convertir aguas residuales seleccionadas en agua recuperada utilizada para diferentes propósitos. Las plantas de tratamiento de aguas residuales industriales pueden reducir los cargos por tratamiento de aguas residuales cobrados por las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales mediante el tratamiento previo de las aguas residuales para reducir las concentraciones de contaminantes medidas para determinar las tarifas de los usuarios. [20]
Aunque las economías de escala pueden favorecer el uso de una gran planta municipal de tratamiento de aguas residuales para la eliminación de pequeños volúmenes de aguas residuales industriales, el tratamiento y la eliminación de aguas residuales industriales pueden ser menos costosos que los costos distribuidos correctamente para grandes volúmenes de aguas residuales industriales que no requieren la secuencia convencional de tratamiento de aguas residuales de una pequeña depuradora municipal. [21]
Una planta de tratamiento de aguas residuales industriales puede incluir uno o más de los siguientes en lugar de la secuencia convencional primaria, secundaria y de desinfección del tratamiento de aguas residuales:
- Un separador de agua y aceite API , para eliminar el aceite de fase separada de las aguas residuales. [22]
- Un clarificador , para eliminar sólidos de las aguas residuales. [23]
- Un filtro de desbaste , para reducir la demanda bioquímica de oxígeno de las aguas residuales. [24]
- Una planta de filtración de carbono , para eliminar los compuestos orgánicos disueltos tóxicos de las aguas residuales. [25]
- Un sistema avanzado de reversión de electrodiálisis (EDR) con membranas de intercambio iónico .
Plantas de tratamiento de aguas residuales agrícolas
El tratamiento de aguas residuales agrícolas para operaciones continuas con animales confinados, como la producción de leche y huevos, se puede realizar en plantas que utilicen unidades de tratamiento mecanizadas similares a las descritas en aguas residuales industriales; pero donde hay tierra disponible para estanques, las cuencas de sedimentación y las lagunas facultativas pueden tener costos operativos más bajos para las condiciones de uso estacionales de los ciclos de reproducción o cosecha. [26]
Muchas granjas generan contaminación de fuentes difusas a partir de la escorrentía superficial que no se controla mediante una planta de tratamiento. Los agricultores pueden instalar controles de erosión e implementar planes de manejo de nutrientes para controlar la contaminación por escorrentía. [27] [28] : págs. 4, 95, 4, 96
Plantas de tratamiento de lixiviados
Las plantas de tratamiento de lixiviados se utilizan para tratar los lixiviados de los vertederos . Las opciones de tratamiento incluyen: tratamiento biológico, tratamiento mecánico por ultrafiltración , tratamiento con filtros de carbón activo , tratamiento electroquímico que incluye electrocoagulación mediante diversas tecnologías patentadas y filtración por membrana de ósmosis inversa utilizando tecnología de módulo de tubo de disco. [29]
Eliminación o reutilización
El objetivo principal del tratamiento de aguas residuales es que las aguas residuales tratadas puedan eliminarse o reutilizarse de forma segura. Sin embargo, antes de ser tratada, se deben considerar las opciones de eliminación o reutilización para que se utilice el proceso de tratamiento correcto en las aguas residuales.
Disposición
Para su eliminación en el océano, se deben cumplir los requisitos de los tratados ambientales . Dado que los tratados internacionales a menudo gestionan el agua por encima de las fronteras de los países, la eliminación de las aguas residuales es más fácil en masas de agua que se encuentran enteramente bajo la jurisdicción de un país. En muchos países en desarrollo, las instalaciones de tratamiento de aguas residuales carecen o no están bien mantenidas. Las aguas residuales pueden terminar siendo desechadas en las vías fluviales locales sin tratamiento, lo que provoca la contaminación del agua .
Por ejemplo, en Afganistán y Pakistán, el río Kabul recibe aproximadamente 1 m 3 / seg de aguas residuales sin tratar, y se ha demostrado que es un factor causante de la contaminación del río. [30] La contaminación del agua por residuos de detergente se ha convertido en un problema. [31] Los tensioactivos químicos en el detergente no se pueden degradar a menos que estén en presencia de microorganismos específicos.
Reutilizar
Situación global
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 en 2010 fue que el 90% de todas las aguas residuales generadas se liberan al medio ambiente sin tratamiento. [34] 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.
Otro estudio realizado en 2021 estimó que, a nivel mundial, se trata alrededor del 52% de las aguas residuales. [4] Sin embargo, las tasas de tratamiento de aguas residuales son muy desiguales para diferentes países del mundo. Por ejemplo, mientras que los países de ingresos altos tratan aproximadamente el 74% de sus aguas residuales, los países en desarrollo tratan un promedio de solo el 4,2%. [4] Las aguas residuales que se vierten sin tratar al medio ambiente pueden causar contaminación del agua . [5] Por lo tanto, mejorar el tratamiento de aguas residuales en todo el mundo es crucial para reducir nuestra contaminación del medio ambiente y lograr mejoras en la calidad del agua.
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. [35]
Objetivos globales
El Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 tiene una Meta 6.3 que está formulada de la siguiente manera: "Para 2030, mejorar la calidad del agua reduciendo la contaminación, eliminando los vertidos y minimizando la liberación de productos químicos y materiales peligrosos, reduciendo a la mitad la proporción de aguas residuales sin tratar y aumentando sustancialmente el reciclaje y la reutilización segura a nivel mundial . " [33] El indicador 6.3.1 correspondiente es la "proporción de aguas residuales tratadas de forma segura".
Ver también
- Combustible de algas
- Sistema descentralizado de aguas residuales
- Lista de las plantas de tratamiento de aguas residuales más grandes
- Lista de tecnologías de tratamiento de aguas residuales
- Lista de abastecimiento de agua y saneamiento por país
- Ingeniería Sanitaria
- Tratamiento de aguas
Referencias
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enlaces externos
- Water Environment Federation - Asociación profesional centrada en el tratamiento de aguas residuales