Tratamiento de aguas residuales
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Este artículo trata sobre el tratamiento de cualquier tipo de aguas residuales de una variedad de fuentes. Para el tratamiento de aguas residuales de hogares o municipios (aguas residuales domésticas), consulte tratamiento de aguas residuales .
Planta de tratamiento de aguas residuales (un tipo de planta de tratamiento de aguas residuales) en Cuxhaven , Alemania

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. Hay varios tipos de aguas residuales que se tratan en el tipo apropiado de planta de tratamiento de aguas residuales. Para las aguas residuales domésticas (también llamadas aguas residuales municipales o alcantarillado ), la planta de tratamiento se llama planta 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). Otros tipos de plantas de tratamiento de aguas residuales incluyen plantas de tratamiento de aguas residuales agrícolas y plantas de tratamiento de lixiviados .

Los procesos comúnmente utilizados incluyen la separación de fases (como la sedimentación), los procesos biológicos y químicos (como la oxidación) o el pulido. El principal subproducto de las plantas de tratamiento de aguas residuales es un tipo de lodo 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 término "tratamiento de aguas residuales" se utiliza a menudo en la literatura para referirse a "tratamiento de aguas residuales". [3] Estrictamente hablando, el tratamiento de aguas residuales es más amplio que el tratamiento de aguas residuales.

Tipos de plantas de tratamiento

Las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden distinguirse por el tipo de aguas residuales a tratar. Existen numerosos procesos que se pueden utilizar para tratar las aguas residuales según el tipo y la extensión de la contaminación. Los pasos del tratamiento incluyen procesos de tratamiento físico, químico y biológico.

Los tipos de plantas de tratamiento de aguas residuales incluyen:

Plantas de tratamiento de aguas residuales

Tanque de aireación de un proceso de lodos activados en la planta de tratamiento de aguas residuales en Dresden-Kaditz, Alemania
Esta sección es un extracto del tratamiento de aguas residuales . [ editar ]

El tratamiento de aguas residuales (o tratamiento de aguas residuales domésticas, tratamiento de aguas residuales municipales) es un tipo de tratamiento de aguas residuales que tiene como objetivo eliminar los contaminantes de las aguas residuales para producir un efluente que sea adecuado para su descarga al medio ambiente circundante o una aplicación de reutilización prevista, evitando así la contaminación del agua de las aguas residuales. descargas de aguas residuales. [4] Las aguas residuales contienen aguas residuales de hogares y empresas y posiblemente aguas residuales industriales pretratadas . Existe una gran cantidad de procesos de tratamiento de aguas residuales para elegir. Estos pueden ir desde sistemas descentralizados(incluidos los sistemas de tratamiento en el sitio) hasta grandes sistemas centralizados que involucran una red de tuberías y estaciones de bombeo (llamadas alcantarillado ) que conducen las aguas residuales a una planta de tratamiento. Para las ciudades que tienen una alcantarilla combinada , las alcantarillas también llevarán la escorrentía urbana (aguas pluviales) a la planta de tratamiento de aguas residuales.

Se ha desarrollado una gran cantidad de tecnologías de tratamiento de aguas residuales. En términos muy generales, se pueden agrupar en opciones de alta tecnología (alto costo) frente a opciones de baja tecnología (bajo costo), aunque algunas tecnologías pueden incluirse en cualquiera de las dos categorías. Para decidir qué proceso de tratamiento de aguas residuales elegir, los ingenieros y los tomadores de decisiones deben tener en cuenta criterios técnicos y económicos, así como los aspectos cuantitativos y cualitativos de cada alternativa. [5] : 215  A menudo, los principales criterios de selección son: la calidad deseada del efluente, los costos de construcción y operación previstos, la disponibilidad de terreno, los requisitos energéticos y los aspectos de sostenibilidad . Por ejemplo, en términos generales, el lodo activadoEl proceso logra una alta calidad del efluente pero es relativamente costoso y consume mucha energía en comparación con los estanques de estabilización de desechos, que son una opción de tratamiento de bajo costo pero requieren una gran cantidad de terreno. En los países en desarrollo y en las zonas rurales con baja densidad de población, las aguas residuales a menudo se tratan mediante varios sistemas de saneamiento in situ y no se conducen por alcantarillas. Estos sistemas incluyen tanques sépticos conectados a campos de drenaje , sistemas de alcantarillado en el sitio (OSS), sistemas de vermifiltros y muchos más. Una planta de tratamiento de aguas residuales avanzada y bastante cara en un país de ingresos altos puede incluir un tratamiento primario para eliminar material sólido,tratamiento secundario para digerir la materia orgánica disuelta y en suspensión, tratamiento terciario para eliminar los nutrientes nitrógeno y fósforo, desinfección y posiblemente incluso un cuarto estado de tratamiento para eliminar los microcontaminantes (aunque esto todavía es raro).

A nivel mundial, se estima que se trata el 52% de las aguas residuales. [6] 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%. [6]

Plantas de tratamiento de aguas residuales industriales

Esta sección es un extracto de Tratamiento de aguas residuales industriales . [ editar ]
Las aguas residuales de un proceso industrial se pueden convertir en una planta de tratamiento en sólidos y agua tratada para su reutilización.

El tratamiento de aguas residuales industriales describe los procesos utilizados para tratar las aguas residuales producidas por las industrias como un subproducto no deseado. Después del tratamiento, las aguas residuales industriales tratadas (o efluentes) pueden reutilizarse o liberarse a un alcantarillado sanitario o al agua superficial en el medio ambiente. Algunas instalaciones industriales generan aguas residuales que pueden tratarse en plantas de tratamiento de aguas residuales . La mayoría de los procesos industriales, como refinerías de petróleo , plantas químicas y petroquímicas , tienen sus propias instalaciones especializadas para tratar sus aguas residuales, de modo que las concentraciones de contaminantes en las aguas residuales tratadas cumplan con las regulaciones relativas a la disposición de las aguas residuales en el alcantarillado.o en ríos, lagos u océanos . [7] : 1412  Esto se aplica a las industrias que generan aguas residuales con altas concentraciones de materia orgánica (por ejemplo, aceite y grasa), contaminantes tóxicos (por ejemplo, metales pesados, compuestos orgánicos volátiles) o nutrientes como el amoníaco. [8] : 180  Algunas industrias instalan un sistema de pretratamiento para eliminar algunos contaminantes (por ejemplo, compuestos tóxicos) y luego descargan las aguas residuales parcialmente tratadas al sistema de alcantarillado municipal. [9] : 60 

La mayoría de las industrias producen algunas aguas residuales . Las tendencias recientes han sido minimizar dicha producción o reciclar las aguas residuales tratadas dentro del proceso de producción. Algunas industrias han tenido éxito en rediseñar sus procesos de fabricación para reducir o eliminar contaminantes, a través de un proceso llamado prevención de la contaminación . [10]Las fuentes de aguas residuales industriales incluyen la fabricación de baterías, plantas de energía eléctrica, industria alimentaria, industria del hierro y el acero, minas y canteras, industria nuclear, extracción de petróleo y gas, fabricación de productos químicos orgánicos, refinación de petróleo y petroquímicos, industria de pulpa y papel, fundiciones, fábricas textiles , contaminación de aceite industrial, tratamiento de aguas, conservación de madera. Los procesos de tratamiento incluyen tratamiento con salmuera, remoción de sólidos (por ejemplo, precipitación química, filtración), remoción de aceites y grasas, remoción de orgánicos biodegradables, remoción de otros orgánicos, remoción de ácidos y álcalis, remoción de materiales tóxicos.

Plantas de tratamiento de aguas residuales agrícolas

Esta sección es un extracto del tratamiento de aguas residuales agrícolas . [ editar ]
Laguna anaeróbica para tratamiento de residuos lácteos

El tratamiento de aguas residuales agrícolas es una agenda de gestión agrícola para controlar la contaminación de las operaciones de animales confinados y de la escorrentía superficial que puede estar contaminada por productos químicos en fertilizantes , pesticidas , purines de animales , residuos de cultivos o agua de riego . El tratamiento de aguas residuales agrícolas es necesario para las operaciones continuas de animales confinados, como la producción de leche y huevos. Puede realizarse en plantas que utilicen unidades de tratamiento mecanizadas similares a las utilizadas para aguas residuales industriales . Donde haya tierra disponible para estanques, cuencas de sedimentación y lagunas facultativaspuede tener costos operativos más bajos para las condiciones de uso estacionales de los ciclos de reproducción o cosecha. [11] : 6–8  Los purines de animales suelen tratarse mediante contención en lagunas anaeróbicas antes de su eliminación mediante pulverización o aplicación por goteo en los pastizales. Los humedales artificiales se utilizan a veces para facilitar el tratamiento de desechos animales.

La contaminación de fuentes difusas incluye la escorrentía de sedimentos, la escorrentía de nutrientes y pesticidas. La contaminación de fuentes puntuales incluye desechos animales, licor de ensilaje, desechos de salas de ordeño (granjas lecheras), desechos de matanza, agua de lavado de vegetales y agua contra incendios. Muchas granjas generan contaminación de fuentes difusas a partir de la escorrentía superficial que no se controla mediante una planta de tratamiento.

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. [12]

Procesos unitarios

Diagrama de una cuenca aireada superficial típica para el tratamiento de aguas residuales.
Ver también: Lista de tecnologías de tratamiento de aguas residuales

Los procesos unitarios involucrados en el tratamiento de aguas residuales incluyen procesos físicos como el asentamiento o flotación y procesos biológicos como la oxidación o el tratamiento anaeróbico. Algunas aguas residuales requieren métodos de tratamiento especializados. En el nivel más simple, el tratamiento de 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 o biopelícula, que luego se sedimenta o separa, se produce una corriente efluente de pureza creciente. [2] [13]

Separación de fases

Los clarificadores se utilizan ampliamente para el tratamiento de aguas residuales.

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. [14]

Tanque de sedimentación primaria de la planta de tratamiento de aguas residuales en Dresden-Kaditz, Alemania

Sedimentación

Más información: Sedimentación (tratamiento de aguas) y Tratamiento de aguas residuales § Tratamiento primario

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". [15]También es muy utilizado 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. [16] : 111-138 

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. [17] La oxidación química se utiliza ampliamente para la desinfección.

Oxidación bioquímica (tratamiento secundario)
Esta sección es un extracto de Tratamiento secundario . [ editar ]
Este pequeño clarificador secundario en una planta de tratamiento de aguas residuales rural es un mecanismo típico de separación de fases para eliminar los sólidos biológicos formados en un biorreactor de crecimiento suspendido o de película fija.
El tratamiento secundario es la eliminación de materia orgánica biodegradable (en solución o suspensión) de las aguas residuales o tipos similares de aguas residuales. [18] : 11  El objetivo es lograr un cierto grado de calidad del efluente en una planta de tratamiento de aguas residuales adecuada para la opción de eliminación prevista. Esto se logra con la separación física de fases para eliminar los sólidos sedimentables seguida de un proceso biológico para eliminar los compuestos orgánicos disueltos y suspendidos. El tratamiento secundario es la parte de una secuencia de tratamiento de aguas residuales que elimina los compuestos disueltos y coloidales medidos como demanda bioquímica de oxígeno.(DBO). El tratamiento secundario se aplica tradicionalmente a la porción líquida de las aguas residuales después de que el tratamiento primario haya eliminado los sólidos sedimentables y el material flotante. El tratamiento secundario suele ser realizado por microorganismos en un hábitat aeróbico controlado o, con menor frecuencia, mediante un proceso anaeróbico . Las bacterias y los protozoos consumen contaminantes orgánicos solubles biodegradables (por ejemplo , azúcares , grasas y moléculas orgánicas de carbono de cadena corta de desechos humanos, desechos de alimentos , jabones y detergentes) mientras se reproducen para formar células de sólidos biológicos. Tratamiento secundario por bioquímicoLa oxidación 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.
Oxidación química
Artículo principal: proceso de oxidación avanzado

Los procesos de oxidación avanzados se utilizan para eliminar algunos contaminantes orgánicos persistentes y concentraciones que quedan después de la oxidación bioquímica. [16] : 363–408 La  desinfección por oxidación química mata las 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 . [19]

Tratamiento anaeróbico

Los procesos anaeróbicos de tratamiento de aguas residuales (por ejemplo , UASB , EGSB ) también se aplican ampliamente en el tratamiento de aguas residuales industriales y lodos biológicos.

Pulido

Más información: Tratamiento de aguas residuales § Cuarta etapa de tratamiento

El pulido se refiere a tratamientos realizados en pasos de tratamiento más avanzados después de los métodos anteriores (también llamado tratamiento de "cuarta etapa"). 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. [16] : 439  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.

Ver también

  • Lista de las plantas de tratamiento de aguas residuales más grandes
  • Lista de tecnologías de tratamiento de aguas residuales
  • Tratamiento de aguas

Referencias

  1. ^ "tratamiento de aguas residuales | proceso, historia, importancia, sistemas y tecnologías" . Enciclopedia Británica . 29 de octubre de 2020 . Consultado el 4 de noviembre de 2020 .
  2. ↑ a b c d Metcalf y Eddy, Inc. (2003). Ingeniería de aguas residuales: tratamiento y reutilización (4ª ed.). Nueva York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-112250-8.
  3. ^ Tchobanoglous, George; Burton, Franklin L .; Stensel, H. David; Metcalf y Eddy, Inc. (2003). Ingeniería de aguas residuales: tratamiento y reutilización (4ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-112250-4.
  4. ^ Khopkar, SM (2004). Monitoreo y control de la contaminación ambiental . Nueva Delhi: New Age International. pag. 299. ISBN 978-81-224-1507-0.
  5. ^ Von Sperling, M. (2015). "Características, tratamiento y eliminación de aguas residuales" . Water Intelligence Online . 6 : 9781780402086. doi : 10.2166 / 9781780402086 . ISSN 1476-1777 . 
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  7. ^ Tchobanoglous, G., Burton, FL y Stensel, HD (2003). Ingeniería de aguas residuales (tratamiento, eliminación, reutilización) / Metcalf & Eddy, Inc (4ª ed.). Compañía de libros McGraw-Hill. ISBN 0-07-041878-0.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  8. ^ "Capítulo 3: Análisis y selección de caudales de aguas residuales y cargas de constituyentes". Ingeniería de aguas residuales: tratamiento y reutilización . George Tchobanoglous, Franklin L. Burton, H. David Stensel, Metcalf y Eddy (4ª ed.). Boston: McGraw-Hill. 2003. ISBN 0-07-041878-0. OCLC  48053912 .CS1 maint: otros ( enlace )
  9. ^ Von Sperling, M. (2015). "Características, tratamiento y eliminación de aguas residuales" . Water Intelligence Online . 6 (0): 9781780402086–9781780402086. doi : 10.2166 / 9781780402086 . ISSN 1476-1777 . 
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  11. ^ Reed, Sherwood C. (1988). Sistemas naturales de gestión y tratamiento de residuos . E. Joe Middlebrooks, Ronald W. Crites. Nueva York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-051521-2. OCLC  16087827 .
  12. ^ "Directrices sobre efluentes de rellenos sanitarios" . EPA. 2018-03-16.
  13. ^ Manual para sistemas de tratamiento de aguas residuales municipales (informe). Washington, DC: Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). 2004. EPA 832-R-04-001..
  14. ^ Ajay Kumar Mishra Smart Materials para aplicaciones de aguas residuales , Wiley-Scrivener 2016 ISBN 111904118X https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781119041214 
  15. ^ Gupta, Ashok; Yan, Denis, eds. (2016-01-01), "Capítulo 16 - Separación por gravedad" , Diseño y operaciones de procesamiento de minerales (segunda edición) , Amsterdam: Elsevier, págs. 563–628, ISBN 978-0-444-63589-1, consultado el 30-11-2020
  16. ↑ a b c Weber, Walter J. (1972). Procesos fisicoquímicos para el control de la calidad del agua . Nueva York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-92435-0. OCLC  389818 .
  17. ^ BERGENDAHL, JUAN. "Aplicaciones de oxidación avanzada para el tratamiento de aguas residuales" (PDF) . Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, WPI .
  18. ^ Ingeniería de aguas residuales: tratamiento y reutilización . George Tchobanoglous, Franklin L. Burton, H. David Stensel, Metcalf y Eddy (4ª ed.). Boston: McGraw-Hill. 2003. ISBN 0-07-041878-0. OCLC  48053912 .CS1 maint: otros ( enlace )
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